Noble мetal and polymetal mineralization of the Mesoproterozoic Spiridon-Ty peridotite–shonkinite massif in the Kola Peninsula

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

This article presents the results of studies of noble metal and polymetal mineralization from the zone of late superimposed carbonatization in phlogopite peridotites of the Mesoproterozoic peridotite-shonkinite massif Spiridon-Ty. These rocks are characterized by high concentrations of noble metals (Au up to 0.51 ppm and Ag up to 18 ppm) and polymetals (Cu up to 1.55 wt %; Pb up to 0.17 wt %; Zn up to 0.15 wt %). It has been established that the ore mineralization is sulfide-sulfosalt with native Cu, Ag, and Au. Sulfides and sulfosalts are represented by bornite, chalcopyrite, covellite, galena, sphalerite, tennantite, and gersdorfite. It was determined that the primary noble metal and polymetal mineralization was formed under the following conditions: T ≈ 395—280 °C, lgfS2 ≈ 10–6.5—10–9.9 atm, lgfO2 ≈10–37 atm and pH of the hydrothermal solution ≈ 5.5—7.8. Covellite is an intermediate mineral in the oxidation of primary sulfide minerals and was formed at T ≈ 190—110 °C and lgfS2 ≈ 10–10—10–12 atm. Native copper is a late oxidation mineral of sulfide minerals and formed at T ≤ 110 °C and lgfS2 ≤ 10–31 atm. The results obtained allow us to consider the potassium alkaline-ultrabasic massifs of the Kola alkaline province as a possible source of noble metal and polymetal ores.

Full Text

Restricted Access

About the authors

M. N. Petrovskiy

Federal Research Center “Kola Science Centre RAS”

Author for correspondence.
Email: petrovsk2@rambler.ru

Geological Institute

Russian Federation, Apatity

References

  1. Arzamastsev A. A., Bea F., Belyatsky B. V., Glaznev V. N., Arzamastseva L. V., Travin A. V., Montero P. Paleozoic processes of plume-lithosphere interaction in the northeastern part of the Baltic Shield: duration, volumes, conditions of magma generation. In: Geology and minerals of the Kola Peninsula. Vol. 2. Apatity: KSC RAS, 2002. P. 104—145 (in Russian).
  2. Crerar D. A., Barnes H. L. Ore solution chemistry. Part 5. Solubility of chalcopyrite and chalcocite assemblages in hydrothermal solution of 200 to 450 °C. Econ. Geol. 1976. Vol. 71. N 4. P. 772—794.
  3. Dubrovskiy M. I. Systematics and petrogenesis of magmatic undersaturated SiO 2 and Al 2 O 3 (alkaline) rocks. Apatity: GI KSC RAS, 2016. 456 p. (in Russian).
  4. Epstein E. M. Geological–petrological model and genetic features of ore-bearing carbonatite complexes. Moscow: Nedra, 1994. 256 p. (in Russian).
  5. Frolov A. A., Tolstov A. V., Belov S. V. Carbonatite deposits of Russia. Moscow: NIA — Priroda, 2003. 494 p. (in Russian).
  6. Gablina I. F. Copper sulfides as indicators of ore formation environment. Doklady Acad. Sci. 1997. Vol. 356. N 5. P. 657—661 (in Russian).
  7. Gavrilenko B. V., Shpachenko A. K., Skiba V. I., Balaganskaya E. G., Vursiy G. L. Distribution of noble metals in rocks, ores and concentrates of apatite–bearing intrusive complexes of the Karelo–Kola region. In: Geology and minerals of the Kola Peninsula. Vol. 2. Apatity: KSC RAS, 2002. P. 48—63 (in Russian).
  8. Grguric B. A., Putnis A., Harrison R. An investigationof the phase transitions in bornite ( Cu 5 FeS 4 ) using neutrondiffraction and differential scanning calorimetry. Amer. Miner. 1998. Vol. 83. N 11—12. P. 1231—1239.
  9. Ivanyuk G. Yu., Pakhomovsky Y. A., Panikorovskii T. L., Mikhailova J. A., Kalashnikov A. O., Bazai A. V., Yakovenchuk V. N., Konopleva N. G., Goryainov P. M. Three–D mineralogical mapping of the Kovdor phoscorite — carbonatite complex, NW Russia: II. Sulfides. Minerals. 2018. Vol. 8 (7). Paper 292. P. 1—30.
  10. Ivanyuk G. Yu., Yakovenchuk V. N., Pakhomovsky Y. A. Kovdor. Apatity: Publishing house Minerals of Lapland, 2002. 326 p. (in Russian).
  11. Kirichenko L. A. Geological map at a scale of 1:200 000. Kola series. R-37–XXXI, XXXII. M.: Cartographic factory MINGEO, 1961 (in Russian).
  12. Kitakaze A., Komatsu R., Asakawa A. Chalcopyrite and bornite in the Kouyama gabbro, Hagi, Yamaguchi Prefecture, Japan. Memoirs of the Faculty of Engineering, Kyushu University. 2016. Vol. 67. N 1. P. 35—40.
  13. Konopleva N. G., Pakhomovsky Y. A., Bazai A. V., Kalashnikov A. O., Korchak Yu. A., Yakovenchuk V. N., Ivanyuk G. Yu. Disseminated noble metal mineralization in rocks of the Kovdor massif. In: Proc. VII All-Russian Fersman Sci. Session. Apatity: K&M Publishing House, 2010. P. 56—59 (in Russian).
  14. Korobeinikov A. N., Mitrofanov F. P., Gehor S., Laajoki P, Pavlov V. P., Mamontov V. P.. Geology and copper sulfide mineralization of the Salmagorskii ring igneous complex, Kola Peninsula, NW Russia. J. Petrology. 1998. Vol. 39. N 11—12. P. 2033—2041.
  15. Petrovskiy M. N. Paleoproterozoic alkaline magmatism of the Murmansk Neoarchean craton, Kola Peninsula. Zapiski RMO (Proc. Russian Miner. Soc.). 2019. Vol. 148. N 2. P. 1—11 (in Russian).
  16. Petrovskiy M. N., Bayanova T. B., Petrovskaya L. S., Bazay A. V. The Mesoproterozoic peridotite-shonkinite series is new type of intraplate magmatism of the Kola alkaline province. In: Ore potential of Alkaline, Kimberlite and Carbonatite Magmatism: Mat. 30th Int. Conf. School “Alkaline magmatism of the Earth”. GEOKHI RAS, September 16—17, 2013. Moskow: GEOKHI RAS, 2013. P. 43—44.
  17. Petrovskiy M. N., Bayanova T. B., Petrovskaya L. S., Bazai A. V. Mesoproterozoic peridotite–shonkinite series: A new type of intraplate magmatism in the Kola Alkaline Province. Doklady Earth Sci. 2014. Vol. 457. Part 2. P. 915—920.
  18. Putintseva E. V., Petrov S. V., Filippov N. B. Noble metals in the products of ore processing of the Kovdor deposit. Ore Enrichment. 1997. N 5. P. 22—25 (in Russian).
  19. Rudashevsky N. S., Knauf V. V., Krasnova N. I., Rudashevsky V. N. Platinum-metal and gold-silver mineralization in ores and carbonatites of the alkaline-ultrabasic complex (Kovdor massif, Russia). Zapiski VMO (Proc. Russian Miner. Soc.). 1995. N 5. P. 1—15 (in Russian).
  20. Rudashevsky N. S., Kretser Yu. L., Bulakh A. G., Krasnova N. I., Rudashevsky V. N., Karchevsky P. I. Minerals of platinum, palladium, gold and silver in carbonatite ores of the Lulekop deposit (Palabora massif, South Africa). Zapiski VMO (Proc. Russian Miner. Soc.). 2001. Vol. 124. N 5. P. 21—35 (in Russian).
  21. Rudashevsky N. S., Kretser Yu. L., Rudashevsky V. N., Sukharzevskaya E. A. A review and comparison of PGE, noble metal and sulphide mineralization in phoscorites and carbonatites from Kovdor and Phalaborwa. In: Phoscorites and Carbonatites from Mantle to Mine. The Key Example of the Kola Alkaline Province. London: Mineralogical Society, 2004. P. 375—406.
  22. Sack R. O. Thermochemistry of tetrahedrite-tennantite fahlores. In: The Stability of Minerals. London: Chapman and Hall, 1992. P. 243—266.
  23. Sack R. O. Internally consistent database for sulfides and sulfosalts in the system Ag 2 S– Cu 2 S–ZnS– Sb 2 S 3 – As 2 S 3 . Geochim. Cosmochim. Acta. 2000. Vol. 64. N 22. P. 3803—3812.
  24. Sack R. O. Internally consistent database for sulfides and sulfosalts in the system Ag 2 S– Cu 2 S–ZnS– Sb 2 S 3 – As 2 S 3 : Update. Geochim. Cosmochim. Acta. 2005. Vol. 69. N 5. P. 1157—1164.
  25. Sack R. O., Brackebusch F. W. Fahlore as an indicator of mineralization temperature and gold fineness. Canad. Inst. Mining Metall. Bull. 2004. Vol. 97. P. 78—83.
  26. Sack R.O, Fredericks R., Hardy L. S., Ebel D. S. Origin of high-Ag fahlores from the Galena Mine, Wallace, Idaho, U.S.A. Amer. Miner. 2005. Vol. 90. N 5—6. P. 1000—1007.
  27. Shpachenko A. K. Sulfide minerals of alkaline–ultrabasic massifs with carbonatites of the Kola Peninsula. In: Proc. IX All-Russian Fersman Sci. Session. Apatity: K&M Publishing house, 2012. P. 316—319 (in Russian).
  28. Shpachenko A. K., Voitekhovsky Yu. L., Savchenko E. E. Native copper with a high platinum content in olivinites of the Lesnaya Varaka massif. Zapiski VMO (Proc. Russian Miner. Soc.). 1995. Vol. 124. N 2. P. 61—64 (in Russian).
  29. Snikazono N. A. A comparison of temperatures estimated from the electrum — sphalerite — pyrite — argentite assemblage and filling temperatures of fluid implications from epithermal Au–Ag vein-type deposits Japan. Econ. Geol. 1985. Vol. 80. N 5. P. 1415—1424.
  30. Sorokhtina N. V., Petrov S. V., Martynova A. A., Kononkova N. N., Zaitsev V. A., Antonov A. V. Genesis of noble metal mineralization of the Kovdor alkaline-ultramafic massif (Kola peninsula). In: Sofia initiative “Mineral diversity preservation”. X International Symposium “Mineral diversity research and preservation”. Sofia: Earth and Man National Museum, 2020. P. 125—133.
  31. Sorokhtina N. V., Zaitsev V. A., Petrov S. V., Kononkova N. N. Estimation of formation temperature of the noble metal mineralization of the Kovdor alkaline-ultrabasic massif (Kola peninsula). Geochem. Int. 2021. Vol. 59. N 5. P. 474—490.
  32. Subbotina G. F. Sulfide mineralization of alkaline–ultramafic massifs with carbonatites. In: Deposits of non-metallic raw materials of the Kola Peninsula. Apatity: KFAN USSR, 1986. P. 43—51 (in Russian).
  33. Sugaki A. Studies on the join Cu 5 FeS 4 – CuFeS 2-x as geothermometer. Jour. Japan. Ass. Mineral. Petrol. Econ. Geol. 1965. Vol. 53. N 1. P. 1—18.
  34. Tsujimura T., Kitakaze A. New phase relations in the Cu–Fe–S system at 800 °C; constraint of fractional crystallization of a sulfide liquid. Neues Jahrbuch für Mineralogie –Monatshefte. 2004. Iss. 10. P. 433—444.
  35. Vaughan D. J., Craig J. R. Mineral chemistry of metal sulfides. London–New York–Melbourne: Cambridge University Press, 1978. 493 p.
  36. Vladykin N. V. Genesis and crystallization of ultramafic alkaline carbonatite magmas of Siberia: ore potential, mantle sources, and relationship with plume activity. Russian Geol. Geophys. 2016. Vol. 57. N 5. P. 889—905 (in Russian).

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. Geological scheme of the location of peridotite–shonkinite series intrusions and the geological map of the Spiridon-Ty massif (Petrovskiy et al., 2014).

Download (504KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Relationships of sulfide minerals in carbonated peridotites Spiridon-Ty. bn — bornite, ccp — chalcopyrite, cv — covellite, sp — sphalerite, gn — galena, Ag — native silver, phl — phlogopite, cpx — clinopyroxene, srp — serpentine, dol — dolomite, cal — calcite, ank — ankerite. BSE images.

Download (896KB)
Indexing metadata
4. Fig. 3. Relationships between native metals and sulfide-sulfosalt minerals in carbonated peridotites Spiridon-Ty. bn — bornite, cv — covellite, tn — tennantite, Cu — native copper, Ag — native silver, Au — native gold, phl — phlogopite, cpx — clinopyroxene, srp — serpentine, dol — dolomite, cal — calcite. BSE images.

Download (514KB)
Indexing metadata
5. Fig. 4. Position of the compositions of bornite and chalcopyrite from carbonated peridotites of the Spiridon-Ty massif on a fragment of the Cu5FeS4 — CuFeS2 phase diagram (Sugaki, 1965) (a) and on a schematic modified Cu5FeS4 — CuFeS2 phase diagram (Grguric et al., 1998; Tsujimura & Kitakaze, 2004; Kitakaze et al., 2017) (б). bn — bornite, h-bn — high-temperature bornite, i-bn — intermediate bornite, l-bn — low-temperature bornite, ccp — chalcopyrite, ss — solid solution, iss — intermediate solid solution. In diagram 4, б the red line indicates the upper limit of the crystallization temperature of the studied bornite (395 °C), the green line indicates the upper limit of the crystallization temperature of the studied chalcopyrite (380 °C); composition fields of bornite and chalcopyrite Spiridon-Ty are shaded yellow.

Download (248KB)
Indexing metadata
6. Fig. 5. Fragment of the XAg in galena — XAg in tennantite diagram (Sack, Brackebusch, 2004) with composition points of coexisting galena and tennantite from the Spiridon-Ty massif.

Download (115KB)
Indexing metadata
7. Fig. 6. Simplified lg fS2 — T diagram with stability boundaries of iron, copper and silver minerals (Sorokhtina et al., 2021). The field of crystallization of Spiridon-Ty sulfide minerals at temperatures and sulfur volatility determined by an electrum–sphalerite geothermometer is indicated in blue. Yellow color shows the low-temperature part of the crystallization field at the temperature determined by the bornite–chalcopyrite geothermometer and the volatility of sulfur by the electrum-sphalerite geothermometer. The arrows show the directions of changes in temperature and volatility of sulfur during the crystallization of sulfide minerals. Bn — bornite, Ccp — chalcopyrite, Py — pyrite, Po — pyrrhotite, Pn — pentlandite, Ag-Pn — argentopentlandite, iss — intermediate solid solution.

Download (227KB)
Indexing metadata
8. Fig. 7. Simplified lg fO2 — pH diagram with stability fields of Cu–Fe–S–O minerals, as well as calcite, barite, anhydrite, and muscovite (Crerar, Barnes, 1976; Moloshag et al., 2005). The diagram in blue shows the area in which bornite–tennantite–chalcopyrite paragenesis of carbonated peridotites of Spiridon-Ty could have formed. bn — bornite, tn — tennantite, ccp — chalcopyrite, py — pyrite, po — pyrrhotite, dg — digenite, eng — enargite, mgt — magnetite, hem — hematite, cal — calcite, brt — barite, anh — anhydrite, kln — kaolin, ms — muscovite.

Download (227KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».