Аннотация результатов, полученных в 2016 году
В 2016 году по проекту были выполнены следующие работы. 1. Проведены полевые исследования на Ковдорском бадделеит-апатит-магнетитовом месторождении и в зоне развития обрамляющих скарноидов. Собранные в ходе полевых работ и имевшиеся образцы подготовлены для проведения электронно-микроскопического изучения, микрозондового и ICP MS анализа. Проведено электронно-микроскопическое и микрозондовое изучение большинства образцов. 2. Проведено детальное минералогическое изучение неизвестных минералов (и политипов), включающее монокристальный рентгеноструктурный анализ, рамановскую и мёссбауэровскую спектроскопию и др. специальные методы исследования. 3. Построено 64 трехмерных модели распределения в объеме Ковдорского месторождения различных характеристик пород, породообразующих и акцессорных минералов. Проанализированы связи технологически востребованных свойств рудных минералов (бадделеита, апатита и магнетита) с химическим и минеральным составом пород. 4. Проведены геотермобарометрические исследования титаномагнетита и карбонатов, подготовлена база данных для геотермобарометрических расчетов по сосуществующим силикатам. 5. Спланирован эксперимент по изучению процессов дифференциации и кристаллизации фоскорит-карбонатитового расплава-раствора в зависимости от присутствия в нем щелочных элементов, летучих компонентов и скорости остывания. Спроектировано, частично изготовлено и предварительно протестировано оборудование для него. В результате проведенных работ получены следующие результаты. 1. Рассчитана температура (от550 до 250˚С), фугитивность кислорода (от +1,5 до -4 относительно Ni-NiO буфера) и скорость диффузии ионов титана и алюминия при распаде титаномагнетита; давление (от 0.1 до 16 кбар) и температура (от 500 до 350˚С) кристаллизации карбонатов. Показано, что эти параметры постепенно уменьшались при кристаллизации пород от стенок трубки к ее осевой части. При этом температура распада титаномагнетита была примерно на 250 ˚С ниже, чем температура кристаллизации сосуществующих карбонатов. Выявлено два типа роста экссолюционных включений в магнетите – независимый от размера включений и пропорциональный, определяемые скоростью диффузии ионов титана и алюминия в магнетите. 2. Открыт и утвержден Международной минералогической ассоциацией новый слоистый Ba-Sc фосфат кампелит (IMA 2016-084), Ba6Mg3Sc8(PO4)12(OH)6(H2O)7, найденный в ходе работ по трехмерному картированию Ковдорской фоскорит-карбонатитовой трубки в зоне развития бадделеита с повышенным содержанием скандия. Установлен, детально изучен и подготовлен к утверждению в качестве нового минерального вида Mg-REE везувиан из рудовмещающих скарноидов Ковдорского комплекса. Обнаружены и детально изучены 2 новых политипа квинтинита. 3. Выявлена и локализована благороднометальная сульфидно-теллуридная минерализация (акантит, аргентопентландит, гессит, мончеит, петцит, волынскит, самородные серебро, золото, платина) в щелочных (авто)метасоматитах по фоскоритам и вмещающим силикатным породам. 4. Выявлена зональность Ковдорского фоскорит-карбонатитового комплекса в отношении распределения сульфидов. В осевой зоне трубки получил распространение халькопирит, а по периферии тела – пирротин. Распад CoNi-пирротина приводит к формированию концентрической зональности трубки по составу экссолюционых включений: пентландит преимущественно концентрируется в краевой части, а кобальтпентландит – в осевой. 5. Разработаны два метода автоматического геологического картирования на основе модального и химического состава пород. Построены соответствующие модели для Ковдорского месторождения (3D) и Аллуайвского участка Ловозерского лопарит-эвдиалитового месторождения (2D). 6. Разработан алгоритм геометаллургического моделирования Ковдорского месторождения.

Аннотация результатов, полученных в 2017 году
1. Предложен новый подход к реконструкции петрогенезиса (пост)магматических систем – топокристаллохимия. Он заключается в анализе распределения в пространстве кристаллографических и кристаллохимических особенностей ключевых минералов. Начата апробация этого подхода на примере пирохлора, форстерита и сульфидов Ковдорского комплекса. Разработаны основы для нового кристаллохимического геооксометра, отградуированного по зависимости кристаллической структуры форстерита от фугитивности кислорода, характеризующей равновесие структур распада сосуществующего титаномагнетита; 2. Установлено, что эволюция Ковдорского фоскорит-карбонатитового комплекса управлялась взаимодействием сосуществующих в расплаве силикатной и карбонатной сеток с изолированными железо-фосфорными кластерами. Ранняя кристаллизация форстерита (с соответствующим разрушением силикатной сетки расплава и уходом магния) привела к дестабилизации железо-фосфорных комплексов и кристаллизации апатита и магнетита. Остающаяся в расплаве карбонатная сетка по мере дальнейшего падения температуры дала кальцит. Установленная закономерность изменения состава расплава подтверждается как соотношением породообразующих минералов в каждом участке фоскорит-карбонатитовой трубки, так и общей зональностью последней: краевые существенно форстеритовые фоскориты - промежуточные бескарбонатные магнетитовые руды - осевые карбонатсодержащие фоскориты и карбонатиты; 3. Выявлено, что химические составы породообразующих минералов скоррелированы, и эта взаимная зависимость определяется фугитивностью кислорода, контролируемой магнетит-оливиновым буфером. При низкой фугитивности кислорода в расплаве/растворе присутствуют катионы Fe2+ и кристаллизуются железистые представители минеральных рядов, тогда как при высокой фугитивности кислорода железо в расплаве/растворе находится в трёхвалентной форме и образуются магнезиальные минералы с повышенным содержанием Fe3+. 4. Открыт новый член группы пирохлора гидроксинатропирохлор (IMA 2017-030a). Еще две неизвестных фазы из групп везувиана и граната были детально исследованы для утверждения в качестве новых минеральных видов. 5. Показана важная роль процессов самоочищения породообразующих минералов от микропримесей (включая распад твёрдых растворов) на позднемагматической и постмагматической стадиях. Диффузионная миграция элементов, плохо совместимых с кристаллической решеткой минерала, к поверхности его зёрен и трещинам приводит к образованию новых фаз, зачастую являющихся редкими или эндемичными. Так, самоочищение ковдорского магнетита от примесей приводит к образованию шпинели, ильменита, гейкилита и квинтинита, [Mg4Al2(OH)12](CO3)(H2O)3 (включая детально изученные в ходе выполнения данного проекта 2Т и 3R политипы последнего), а самоочищение бадделеита - к появлению минералов группы пирохлора и скандиевых фосфатов, включая открытые в ходе выполнения проекта гидроксинатропирохлор, (Na,Ca,Ce,Th,U)2Nb2O6(OH), и кампелит, Ba3Mg1.5Sc4(PO4)6(OH)3•4H2O. 6. Разработан метод автоматического трёхмерного геологического и предварительного геометаллургического картирования, основанный на переводе данных рядового рудничного опробования состава пород в карты изменения количества и состава ключевых минералов с помощью искусственных нейронных сетей и логических вычислений. Этот подход апробирован на Ковдорском бадделеит-апатит-магнетитовом и Ловозерском эвдиалитовом месторождениях. В ходе изучения последнего открыт ещё один новый минерал - селивановаит, NaTi3(Ti, Fe, Na)4[(Si2O7)2(O, OH)4(OH, H2O)4]•nH2O. 7. Проведены эксперименты по высокотемпературному (700 и более градусов Цельсия) фосфатно-карбонатному минералообразованию, в ходе которого были получены синтетические аналоги вагнерита, горяиновита и ещё не утверждённого минерала состава Sr2PO4F, являющиеся, в свою очередь, прекурсорами для образования минералов группы апатита.

Аннотация результатов, полученных в 2018 году
В 2018 году в рамках проекта были получены следующие результаты. 1. Установлено отделение фоскорит-карбонатитового расплава от обогащенного карбонатом первичного силикатного расплава путем фракционной кристаллизации, и его дальнейшая дифференциация этим же способом (Mikhailova et al., 2018; Иванюк и др., 2018). Впервые выявлены сложные пути самоочищения различных минералов (сульфидов, бадделеита, пирохлора) от микропримесей и других минералов и показана их важность для формирования редкометальных руд, а также редкой и энедемичной минерализации (Ivanyuk et al., 2018a,b,c; Moiseev et al., 2018; Yakovenchuk et al., 2018). В Ковдорском массиве оливинитовое ядро окружено кольцом обогащенных кальцием щелочных пород (нефелин ± мелилит + диопсид). На западном контакте ультраосновных и щелочных пород расположена зональная фоскорит-карбонатитовая трубка: внешняя силикатная зона через фосфатно-оксидную переходит к карбонатной в центральной части (Mikhailova et al., 2016, 2018). Зональность всего Ковдорского массива отражает ход дифференциации сформировавшего его расплава. Кристаллизация форстерита из исходного Ca-Fe-обогащенного перидотитового расплава породила Si-Al-Na-K расплав, соответствующий щелочным породам (фоидолитам и мелилитолитам). После кристаллизации фоидолитов и мелилитолитов остался силикатный расплав, существенно обогащенный Fe, Ca, C, P, F, который внедрился по контакту оливинитов и щелочных пород как трубка взрыва. Структура такого расплава представляла собой две взаимопроникающие полимеризованные сетки – силикатную и карбонатную, без жидкостной несмесимости, возможность чего описана в работе (Moussallam et al., 2016 doi: 10.1016/j.epsl.2015.11.025). Фосфор, замещая кремний в кремнекислородных тетраэдрах, группировался в локальные кластеры силикатной «подсетки» (subnetwork) (Mysen, Ryerson, Virgo, 1981). С фосфором тесно ассоциировало железо благодаря образованию железо-фосфатных комплексов типа Fe3+(PO4) (Mysen, 1992 doi: 10.1016/0009-2541(92)90184-7). Начало выпадения форстерита (разрушение силикатной «подсетки») вызывает немедленный распад железо-фосфатных комплексов и почти одновременное образование апатита и магнетита. Оставшийся карбонатный расплав кристаллизовался как кальцит. Кристаллизация фоскорит-карбонатитовой трубки была быстрой, поэтому породообразующие минералы (в основном, магнетит и апатит, а также сульфиды) изобиловали примесями, которые при понижении температуры покидали структуру минералов и образовывали собственные фазы (для титано- и алюмомагнетита из различных участков трубки определена скорость диффузии Ti и Al). Таким образом, минеральное разнообразие рассматриваемой трубки было в значительной степени обусловлено этим процессом «самоочищения». Это позволило нам, в том числе, разработать алгоритм поиска новых и редких минералов – в остаточных системах отсутствие примесей в составе породообразующих минералов указывает на чрезвычайное минеральное разнообразие самых поздних акцессорных фаз. 2. Разработаны модели эволюции минералообразования Ковдорского комплекса: сульфидов (Ivanyuk et al., 2018a) и редкометальной минерализации – минералов супергруппы пирохлора и связанных с ними вторичных фаз (Коноплева и др., 2018; Ivanyuk et al., 2018b). Показано, что изначально в Ковдорской трубке было всего два сульфида – моносульфид железа и борнит, а все прочие сульфиды (более десяти) образовались в результате их экссолюционного распада (троилит, пирротин-4-5С, пирит, сфалерит, пентландит, кобальтпентландит и др.) или реакций замещения (халькопирит, пирротин-6С, пирит и др.). Самоочищению бадделеита от примесей Sc и Nb Ковдорская фоскорит-карбонатитовая трубка обязана разнообразием минералов высокозарядных элементов – представителей супергруппы пирохлора, цирконолита–лаахита и др., вплоть до поздних гидротермальных фосфатов, таких как ёнаит и кампелит. 3. Открыто два новых минеральных вида: гидроксинатропирохлор (Ivanyuk et al., 2018c) и манаевит-(Се) (IMA 2018-046; European Journal of Mineralogy, 30, CNMNC Newsletter No. 45, p. 1038). 4. На примере трех групп минералов с различной ролью в эволюции Ковдорского комплекса (форстерита, сульфидов и минералов супергруппы пирохлора) подтверждена перспективность топокристаллохимического подхода для восстановления условий минералообразования: последовательности формирования пород и минералов, температуры кристаллизации и распада твёрдых растворов, фугитивности кислорода, скорости диффузии ионов в кристаллической решётке и др. Использование данного подхода позволило выявить связь между объемом отдельных координационных полиэдров в форстерите и концентрацией в них трёхвалентного железа, показав тем самым, что ионы Fe3+ внедряются в структуру форстерита по лайхунитовой схеме изоморфизма (3Fe2+)oct ↔ (2Fe3+ + □)oct (Mikhailova et al., 2018). Изучение кристаллохимии пирротина показало, что его различные политипы последовательно кристаллизуются в температурном интервале от 600 до 100 ºC, начиная с образования ромбической модификации 4С в краевых фоскоритах и более поздней моноклинной модификацией 5С в промежуточной зоне и кончая наиболее низкотемпературным пирротином-6С в карбонатитах осевой зоны (Ivanyuk et al., 2018a). Исследования минералов группы пирохлора структурными методами позволяют точно оценить соотношение Ti/Nb в минерале, а также наличие/отсутствие гидроксильных групп (Ivanyuk et al., 2018b), в свою очередь, являющихся индикаторами состава первичного бадделеита и условий его поздне- и постмагматического изменения. 5. Разработана геометаллургическая модель Ковдорского месторождения (Иванюк и др., 2018) с учетом 5 технологически важных параметров (содержание в рудах пирохлора, средний размер зерен бадделеита, содержание MgO в магнетите, содержание в породах железа общего и P2O5). Эта модель определяет дальнейший технологический путь каждого выемочного блока месторождения – на стандартную линию обогащения, на дополнительную переработку (7 вариантов – различные виды шихтовки, доизмельчение и т.п.), в отвал. Эта модель может настраиваться в соответствии с изменяющимися экономическими или технологическими условиями. Предложенный алгоритм может использоваться для месторождений различных типов, а главной проблемой представляется постановка точных требований к рудам со стороны технологий обогащения/металлургии. Эти результаты опубликованы в 9 статьях: - Mikhailova, J., Ivanyuk, G., Kalashnikov, A., Pakhomovsky, Y., Bazai, A., Panikorovskii, T., Yakovenchuk, V., Konopleva, N., Goryainov, P., 2018. Three-D Mineralogical Mapping of the Kovdor Phoscorite–Carbonatite Complex, NW Russia: I. Forsterite. Minerals 8, 260. doi:10.3390/min8060260 - Ivanyuk, G.Y., Pakhomovsky, Y.A., Panikorovskii, T.L., Mikhailova, J.A., Kalashnikov, A.O., Bazai, A. V., Yakovenchuk, V.N., Konopleva, N.G., Goryainov, P.M., 2018a. Three-D Mineralogical Mapping of the Kovdor Phoscorite-Carbonatite Complex, NW Russia: II. Sulfides. Minerals 8, 292. doi:10.3390/min8070292 - Ivanyuk, G.Y., Konopleva, N.G., Yakovenchuk, V.N., Pakhomovsky, Y.A., Panikorovskii, T.L., Kalashnikov, A.O., Bocharov, V.N., Bazai, A. V., Mikhailova, J.A., Goryainov, P.M., 2018b. Three-D Mineralogical Mapping of the Kovdor Phoscorite-Carbonatite Complex, NW Russia: III. Pyrochlore Supergroup Minerals. Minerals 8, 277. doi:10.3390/min8070277 -Ivanyuk, G.Y., Yakovenchuk, V.N., Panikorovskii, T.L., Konoplyova, N., Pakhomovsky, Y.A., Bazai, A. V., Bocharov, V.N., Krivovichev, S. V., 2018c. Hydroxynatropyrochlore, (Na,Ca,Ce)2Nb2O6(OH), a new member of the pyrochlore group from the Kovdor phoscorite-carbonatite pipe (Kola Peninsula, Russia). Mineralogical Magazine 1–25. doi:10.1180/minmag.2017.081.102 - Иванюк, Г.Ю., Калашников, А.О., Михайлова, Ю.А., Пахомовский, Я.А., Паникоровский, Т.Л., Коноплёва, Н.Г., Базай, А.В., Горяинов, П.М., Елизарова, И.Р., Сохарев, В.А., Яковенчук, В.Н., 2018. Зональность и условия образования Ковдорской фоскорит-карбонатитовой трубки. Труды Ферсмановской научной сессии 15, 160–163. doi:10.31241/FNS.2018.15.039 - Калашников, А.О., Никулин, И.И., 2018. Выделение типов пород по геохимическим данным с помощью искусственной нейронной сети (на примере Большетроицкого месторождения богатых железных руд, Белгородская область). Труды Ферсмановской научной сессии 15, 168–171. doi:10.31241/FNS.2018.15.041 - Паникоровский Т.Л., Пахомовский Я.А., Базай А.В. Особенности кристаллохимии 4С и 5С пирротина из Ковдорского щелочного массива // Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. 2018. 15. С. 287-290,doi: 10.31241/FNS.2018.15.071. - Паникоровский Т.Л., Яковенчук В.Н., Базай А.В. Вхождение молекулярной воды в структуру минералов группы везувиана // Труды Ферсмановской научной сессии ГИ КНЦ РАН. 2018. 15. С. 291-294, doi: 10.31241/FNS.2018.15.072. - Яковенчук В.Н., Пахомовский Я.А., Паникоровский Т.Л. Кампелит– новый фосфат Mg, Ba и Sc из Ковдорской фоскорит-карбонатитовой трубки // Труды Ферсмановской научной сессии ГИКНЦРАН. 2018. № 15. С. 408-410, doi: 10.31241/FNS.2018.15.103.