Лаборатория геологии рудных месторождений имени академика А.Г. Бетехтина

Лаборатория в настоящее время сохраняет следующие направления исследований:

• развитие учения о твердых полезных ископаемых, важнейших видах рудного и неметаллического минерального сырья;
• развитие теории образования рудных месторождений и разработка научно-методических основ прогнозирования и поисков месторождений важнейших видов минерального сырья, включая промышленные минералы (неметаллическое сырье).

В рамках этих направлений решаются задачи:

• изучение геологического строения и условий образования эндогенных рудных месторождений, рудных полей и районов;
• изучение глубинного строения рудных районов и роли фактора глубинности в формировании рудных концентраций в земной коре;
• развитие теоретических представлений о металлогенической специализации рудных районов в различных геодинамических обстановках;
• изучение минерального состава руд и закономерностей развития процессов минерализации при формировании месторождений;
• разработка базовых геолого-генетических моделей месторождений различных генетических типов, включая целевые разработки моделей крупных и сверхкрупных месторождений;
• изучение закономерностей рудообразования (месторождения, рудные поля и районы);
• развитие теории экзогенного рудообразования, исследование особенностей формирования осадочных месторождений, рудоносных кор выветривания; развитие теории россыпей и россыпеобразующих формаций;
• создание баз данных, совершенствование компьютерных технологий сбора, обработки информации в области рудной геологии;
• разработка научно-методических основ прогнозирования, поисков и оценки месторождений стратегических видов рудного и неметаллического минерального сырья.

Сотрудники Лаборатории ведут две базовые темы НИР Института, кроме того, участвуют в исследованиях по грантам Минобрнауки, а также в выполнении проектов РНФ и исследований по договорам с геологоразведочными предприятиями.

 В последние годы коллективом Лаборатории выполнен целый ряд важных исследований:

 Проведена аналитическая оценка состояния минерально-сырьевой базы (МСБ) высокотехнологичных металлов России, и проблем обеспечения ресурсами топливно-энергетического и металлургического комплексов в средней и долгосрочной перспективе. Особое внимание было уделено актуальным вопросом развития МСБ стратегических металлов Арктической зоны России.

Распространение месторождений твердых полезных ископаемых в Циркум-Арктическом поясе (по данным пространственно-статистического ГИС-анализа) (Волков А.В., Галямов А.Л., Лобанов К.В. Минеральное богатство Циркумарктического пояса. Арктика: экология и экономика № 1 (33), 2019, с.106-117. DOI: 10.25283/2223-4594-2019-1-106-117)

Дана характеристика тенденций в производстве и потреблении важнейших ресурсов стратегических видов минерального сырья и на этой основе выявлены фундаментальные проблемы МСБ и разработаны рекомендации по их преодолению. Создана база данных месторождений и перспективных рудопроявлений стратегических и высокотехнологичных металлов России. Выделены главные рудообразующие системы – источники высокотехнологичных критических металлов.

Разработаны новые подходы пространственно-статистического ГИС-анализа, позволяющие использовать элементы глубинного строения земной коры в прогнозно-поисковых моделях. Составлены комплекты оригинальных прогнозно-металлогенических карт, которые могут быть использованы при планировании геологоразведочных работ (ГРР) на стратегические металлы для высокотехнологичного сектора экономики России.

Подготовлена интегральная геодинамическая модель глубинного строения Печенгского рудного района, которая была дополнена на основе результатов прецизионных минералогических исследований благороднометальной минерализации в керне Кольской сверхглубокой скважины и термобарогеохимических исследований флюидных включений в кварце.

Сканирующая электронная микроскопия золотой минерализации в зоне глубинного разлома, Печенгский рудный район, Кольская сверхглубокая скважина 9500–9700 м. (Лобанов К. В., Чичеров М. В., Чижова И. А. и др. Глубинное строение и рудообразующие системы Печенгского рудного района (Арктическая зона России) // Арктика: экология и экономика. — 2019. — № 3 (35). — С. 107—122. — DOI: 10.25283/2223-4594-2019-3-107-122; Prokofiev, V. Y., Lobanov, K. V., Pek, A. A., Chicherov, M. V., & Borovikov, A. A. (2019). Ore-Forming Fluids of the Gold-Bearing Interval of the Kola Superdeep Borehole. Doklady Earth Sciences, 485(2), 453–457. doi:10.1134/s1028334x1904024x)

Методом LA ICP MS были установлены высоки концентрации золота во флюидах (в форме наночастиц), что позволило по-новому взглянуть на масштабы миграции золота и соотношение масс флюида и переносимого им металла. Было отмечено, что глубинные богатые золотом флюиды могли мигрировать выше по разрезу и участвовать в формировании месторождений золота, в частности золоторудной минерализации Южно-Печенгской структурной зоны.

Выполнен сравнительный анализ закономерностей размещения, минеральных парагенезисов и флюидного режима эпитермальных Au-Ag-Se-Te месторождений Чукотки. Показано, что по результатам минералогических исследований большинство эпитермальных Au-Ag месторождений Чукотки можно отнести к Se-типу. Выполненные исследования позволяют прогнозировать открытие во внутренней зоне Охотско-Чукотского вулканического пояса (ОЧВП) эпитермальных Au-Ag месторождений высоко-сульфидизированного класса, нового для Чукотки.

Вулканические пояса и Au-Ag-Se-Te эпитермальные месторождения Чукотки. 
1 — кайнозойский чехол; 2—6 — Охотско-Чукотский вулканический пояс (ОЧВП): 2—4 — секторы ОЧВП: 2 — Пенжинский, 3 — Анадырский, 4 — Центрально-Чукотский; 5 — Восточно-Чукотская фланговая зона; 6 — внутренняя зона ОЧВП; 7 — раннемеловые вулканические впадины; 8 — Олойский вулканические пояс; 9 — Корякско-Камчатская складчатая система; 10 — Южно-Анюйская сутура; 11 — Чукотская складчатая система; 12 — палеозойско-мезозойские островодужные комплексы; 13 — деформированные палеозойско-мезозойские комплексы чехла Омолонского массива; 14—19 — рудные месторождения (большие значки — крупные, маленькие — средние и мелкие объекты): 14 — золото-кварцевые жильные, 15 — золото-сульфид- ные (вкрапленные), 16 — эпитермальные золото-серебряные, 17 — медно-молибден-порфировые, золото- и серебросодержащие, 18 — колчеданно-полиметаллические в вулканических породах, 19 — оловорудные. (Бортников Н.С., Волков А.В., Савва Н.Е. и др. Эпитермальные Au-Ag-Se-Te месторождения Чукотки (арктическая зона России): металлогения, минеральные парагенезисы, флюидный режим // Геология и геофизика. 2022. Т. 63. № 4. С. 541–568. DOI: 10.15372/gig2021169)

С использованием современных приборно-методических возможностей (ICP-MSи LA-ICP-MS, РСМА, ЭПР, микротермометрия и Раман-спектроскопия ФВ, и др.) выявлены физико-химические условия формирования, специфика зональности и ключевые индикаторные минералого-геохимические признаки типовых порфировых, скарновых и эпитермальных месторождений Южного Урала (Плотинская, 2023), которые послужили основой для корректировки ситуативных и генетических моделей высокопродуктивных порфирово-эпитермальных рудообразующих систем (ПЭРС) применительно к островодужным и внутриплитным коллизионным и постколлизионным обстановкам.

 Продолжено исследование современных процессов минерало- и рудообразования с участием малоплотных магматогенных флюидов фумарольных систем пассивно дегазирующих вулканов. Показано, что характерные для фумарольных обстановок высокая температура, околоатмосферное давление и большие градиенты физико-химических параметров в сочетании с газовым переносом вещества приводят к разделению родственных элементов и появлению собственных минералов редких и рассеянных металлов. Наэталонном объекте исследования - вулкане Кудрявый (Курилы) установлены новые минералы рения, индия, кадмия.

Фумаролы вулкана Кудрявый и кристаллы кадмоиндита CdIn2S4.

В результате ГИС-анализа установлено, что Pb–Zn месторождения контролируются блоками земной коры с резкой изменчивостью мощности сейсмических слоев. Месторождения MVT-типа приурочены к глубоким прогибами осадочного слоя коры, выделяемого по сейсмическим скоростям, и совпадают с поднятиями поверхности Мохо; месторождения VMS типа, располагаясь преимущественно на маломощной осадочной коре, с умеренными мощностями ее нижний части; осадочно-эксгаляционные руды (SEDEX), занимая промежуточное положение между колчеданными (VMS) рудами и оруденением миссиссипского (MVT), контролируются маломощной и/или умеренно мощной осадочной корой в ареалах развития рифтов. Использование этих выводов в прогнозно-поисковых моделях позволяет выделять в Арктической зоне России новые перспективные площади для прогнозирования и поисков Pb–Zn месторождений.

Типовое строение земной коры (А) и геотектоническое районирование (Б) России и распространение Pb-Zn месторождений разных типов.
(А) I – нерасчлененные области, II – кратоны, III – области внутриплитного магматизма (внутрикратонные рифты),  IV – области глубоких прогибов осадочной коры и углеводородные провинции, V – континентально-окраинные рифты, VI – современные островодужные структуры, VII – срединно-океанические хребты. ГрМ – аномальная изменчивость мощности нижней-средней коры, УВ – углеводородные провинции.
(Б) Формационные комплексы: S – чехол, C – коллизионные зоны, A – активная континентальная окраина, J – островодужные комплексы, P – пассивные континетальные окраины, R - рифтогенные структуры, H – области внутриплитного магматизма, B – комплексы докембрийского основания. ГФПМ – геофизическая поисковая модель свинцово-цинковых месторождений. Месторождения типов: MVT, SEDEX и VMS. (Галямов А.Л., Волков А.В., Лобанов К.В. Применение моделей глубинного строения земной коры, созданных на основе гравитационных данных спутника GOCE, для прогноза и поисков Pb-Zn месторождений в арктической зоне России // Исследование Земли из космоса. 2021. № 4. С. 15–27. DOI: 10.31857/S0205961421040035)

 Установлено, что гигантское Озерное Pb-Zn месторождение (Бурятия) по своему характеру является промежуточным между SEDEX, VMS и MV-типами (Викентьев и др., 2023). Оно локализовано в вулканогенно-карбонатно-терригенном разрезе кембрия, сульфидные тела приурочены к 9 его уровням. Реконструировано два этапа его формирования. На синвулканическом (гидротермально-осадочно-метасоматическом) этапе образование сульфидных тел шло в основном в области покрытых терригенными и карбонатными осадками палеодепрессий окраинно-океанического бассейна в периоды спада вулканической активности. На метаморфическом этапе шли перекристаллизация руд, образование порфиробластов пирита, формирование сплошных пирротиновых руд линзовидно-полосчатого, гнейсовидного строения, новообразование в колчеданно-полиметаллических рудах метакристаллов арсенопирита.

Палеореконстукция условий седиментации и рудоотложения при образовании гидротермально-осадочных руд Озерного месторождения (на врезке – увеличенный фрагмент модели). 1 – тефра, туфы, туффиты; 2 – глины; 3 – пески и др. теригенные осадки; 4 – биогермные известняки, 5 – оолитовые известняки; 6 – известняковые брекчии; 7 – гидротермальный источник; 8,9 – очаги магм: 8 – основного состава, 9 – кислого состава; 10 – магматический флюид; 11 – высокосоленый высокометаллоносный флюид: а – латеральный поток, б – восходящий поток; 12 – низкосоленые подземные воды. (Викентьев И.В., Дамдинов Б.Б., Минина О.Р., Спирина А.В., Дамдинова Л.Б. Классификация процессов полиметаллического рудообразования и переходный VMS–SEDEX–MV-тип – пример гигантского Озерного месторождения в Забайкалье, Россия // Геология рудных месторождений. 2023. Т. 65. №3. С. 201–236. DOI: 10.31857/S001677702303005X)

Показано, что трахириолиты и комендиты Печальнинского рудного поля содержат высокие потенциально-промышленные концентрации примесных элементов. Коэффициенты обогащения по сравнению с верхней корой варьируют от нескольких (Zn, Ga, LREE) до десятков раз (Be, Y, Zr, Nb, Rb и HREE). Распределение REE указывает на равномерное обогащение тяжелыми относительно легких REE, с соотношением (La/Yb)N в диапазоне 0.16–1.01. Все образцы демонстрируют сильно отрицательные аномалии Eu, со значениями Eu/Eu* – 0.13. Сравнительный анализ с известными в мире аналогичными объектами в щелочных вулканитах показал, что Печальнинское рудное поле может стать нетрадиционным большеобъемным источником HREE.

Геохимические особенности вулканических пород Печальнинского рудного поля.
а – классификационная диаграмма вулканитов Печальнинского рудного поля и вмещающих пород эталонных месторождений для сравнительного анализа: 1 – рудовмещающие вулканиты Печальнинского рудного поля; 2 – риолиты редкометального месторождения Раунд Топ Пик (Техас, США); вулканические породы редкометального месторождения Брокман (Австралия); поле пород трахитового комплекса Тяньбао (Южный Циньдинь, КНР), обогащенные редкими металлами. б – распределение РЗЭ, нормированное на хондрит: 1–3 – Печальнинское рудное поле (табл.): 1, 3 – трахириолиты; 2 – комендит; 4 – руда месторождения Раунд Топ Пик (Техас, США); руда месторождения Брокман (Австралия); в – распределение микроэлементов, нормированное на средние значения для верхней коры в трахириолите и комендите Печальнинского рудного поля. (Волков А.В. Галямов А.Л., Мурашов К.Ю. Щелочные риолиты Печальнинского рудного поля (Северо-Восток России) – потенциальный большеобъемный источник тяжелых редкоземельных элементов // Доклады РАН. Науки о Земле. 2023. Т. 510. № 1. С. 46–51. DOI: 10.31857/S2686739723600054)

Решена фундаментальная научная проблема, связанная с определением питающих провинций неогеновых редкометалльно-титановых россыпей северо-восточного борта Днепровско-Донецкой впадины (ДДВ). В качестве объекта исследования выбрано Краснокутское месторождение, опробованное сотрудниками ИГЕМ РАН в 2012 году. Источником магматического циркона могли служить продукты разрушения неопротерозойских-раннепалеозойских трапповых формаций, девонских изверженных и вулканогенно-осадочных пород, участвующих в строении фундамента ДДВ.

а. Морфологические особенности циркона Краснокутского месторождения с учетом выделенных возрастных кластеров; б.  Диаграмма содержания Y-Hf в цирконе Краснокутского месторождения: I – кимберлиты, II – ультраосновные, основные и породы среднего состава, III – кварцсодержащие средние породы и породы кислого состава, IV – кислые породы с высоким содержанием кремнезема, VI – щелочные породы и щелочные метасоматиты щелочных комплексов, VII – карбонатиты; в. Результаты U-Pb датирования 97 зерен детритового циркона Краснокутского месторождения редкометалльно-титановых россыпей. (Chefranova A.V., Erofeeva K.G., Dubenskiy A.S. Sources of neogene rare metal-titanium placers of the northeastern wall of the Dnieper–Donets basin: First results of U–Pb geochronogical studies of detrital zircon // Doklady Earth Sciences. 2024. Т. 516. № 2. С. 990-994. DOI: 10.1134/s1028334x24601500)

Выполнено исследование псевдорутил-лейкоксен-кварцевых руд Тимана ‒ новый генетический вид титанового сырья и перспективы их промышленного освоения. Два крупнейших месторождения России – Ярегское и Пижемское относятся к одному генетическому типу – гидротермально-метаморфических лейкоксен-кварцевых коренных месторождений. Они расположены в одной тиманской структуре на расстоянии не более 230 км друг от друга. По суммарным утвержденным запасам и прогнозным ресурсам диоксида титана они приближаются к 70% от общероссийских и составят в недалеком будущем основу используемого в России промышленного титанового сырья. В интересах технологической минералогии детально изучены морфологические особенности, внутреннее строение, химический состав зерен двух главных титановых минеральных фаз лейкоксена и псевдорутила, полиморфы TiO2 (рутит и анатаз), а также состав минеральных микровключений в этих фазах (Макеев и др., 2023*). Получены новые доказательства и подтверждения того, что превращение ильменита в лейкоксен происходит гидротермальным путем через промежуточные фазы ‒ Fe-рутил и псевдорутил; показано укрупнение кристалликов рутила в самом зерне лейкоксена от мелких кристаллитов 2×15 мкм до более крупных 20×150 мкм; нахождение вторичных кристаллов сидерита, флоренсита, иллита и др. внутри изученных зёрен лейкоксена. Путем автоклавного выщелачивания кварца из лейкоксена получают пористый рутил (30-40% пор), который будет премиальным сырьем для промышленности.

ЭМ изображения (режим BSE) двух зерен рутилового лейкоксена (a, в) в срастании с фрагментами псевдорутила (белое) и их увеличенных фрагментов (б, г), из Пижемского месторождения. Рамки – места микрозондовых анализов сканированием по площади, кресты – точечные анализы	ЭМ изображения (режим BSE) двух зерен рутилового лейкоксена. (а, г) и увеличенные их (б, д) фрагменты; (д) – включения зональных кристаллов сидерита (Пижемское месторождение). Знаками показаны места анализов и диагностики минералов по спектрам ЭДС и КР (Sid – сидерит)

Макеев А.Б., Скублов С.Г., Галанкина О.Л., Васильев Е.А., Красоткина А.О. Псевдорутил-лейкоксен-кварцевые руды Тимана ‒ новый генетический вид титанового сырья: перспективы промышленного освоения. Георесурсы, (2023). 25(3), С. 163-174.  https://doi.org/10.18599/grs.2023.3.10