Введение к работе
; Актуальность проблеми. На апрельском (1985 г.) .Пленуме ЦК КПСС, а затем на ХХУП съезде КПСС сформулирована концепцій ускорения научно-технического прогресса, определяющая дальнейшее развитие народного хозяйства страны. Приоритетное значение придается развитию фундаментальных наук, которые создают теоретическую основу прик. .ідньїм исследованиям для выхода на новый уровень эффективности. Освоение земных недр требует расширения исследований, освещающих природу местороащений полезных ископаемых.Обоснованные сведения об их происхождении, столь необходимые для дальнейшего развития теории рудообразованіїя, являются также главкой предпосылкой в регзении прикладных задач (Барсуков, 1982).Перечисляя неотложные задачи геологии, необходимые для выполнения решений апрельского (1985 г.) Пленума ЦК КПСС, министр геологии Е.А.Козловекий (1985) указал на недопустимо медленную перестройку работ по ускорению научных исследований особенно тех, которые решительным образом влиявт на совершенство прогнозов, разработки эффективных критериев поисков и разведки» а так&е геолого-экоко-мичсскоЗ оцеїлш месторовдешШ полезных ИЄКОПаЄі-ffiKi.
Казахстан является уникальной рудной прозк:іциєй, в которой сосредоточены разнообразные по составу к происхоэденш месторождения меди, -сагшца и цинка. При разработке теории образования этих рудных объектов ц ее практического пр.шже;-3!Я привлекаются геояого-шнералегические признаки, конвергситкоеть которых не позволяет однозначно судить об их генезисе. В одну рудную формация объединяют месторождения, сходные по геологическим условиям образовали. Среди них вьэделяют и генетические ряды. Однако на происховдение типовых рудных объектов единой точки зрения не существует. Особенно это касается местороздений цветных металлов. Приведем только один пример - месторождение типа медистых песчаников Джезказган. На генезис его руд до настоящего времени противоборствуют следующие представления: осадочное, гидротермально-осадочное, вадозно-гидротермаяьное, гидрогекно-эпигенетичес-кое, щцротермально-метасоматачесхое высокотемпературное и формирование из весьма богатых металлами фязеадфв типа растворов-расплавов. Такое положение не позволяет целенаправленно вести как поисково-разведочные работы, так и прогнозные метоллогеническиз построения. Проблема получения однозначных представлений на про-
иеховдение месторождений цветных металлов Казахстана, на территории которого выполняются огромные объемы дорогостоящих поисково-разведочных работ на этот вид минерального сырья, стала весьма актуальной.
Выход из создавшейся ситуации наметился в привлечении новейших минералогических и геохимических методов, позволяющих оценивать фиэико-хипические параметры, которые существовали в период минерэлообразования. Весьма информативной в зтом отношении является термобарогеохимия (изучение флюидных включений), которая способна дать представление о температурах, давлениях, составе,агрегатном состоянии, плотности и других параметрах минералообраэу-юцих растворов. Без этих данных невозможно углубленное изучение образования месторовдений. Однако распространенные метода (гомогенизация, криоыетрия, валюметрия и др.), рассчитанные на изучение относительно крупных флюидных включений, оказались мало эффективными при исследовании мелкозернистых ыетасоматитов и руд сульфидных месторовдений. Ранее на некоторых рудііьк объектах эти методы были применены - изучали относительно крупные включения в крупнокристаллических агрегатах. Минералогические наблюдения показали, что подобные обособления в мелкозернистых рудах возникли либо в заключительные стадии рудного периода, либо при воздействии наложенных процессов. Получаемые таким образом параметры не всегда отражают основной рудный процесс.
Все это побудило автор^ к совершенствованию технических средств и приемов работы, обеспечению их современные аналитическими методами с тем, чтобы стабильно получать значения параметров формирования минеральных агрегатов независимо от их строения и состава.
Таким образом, актуальность исследований отвечает принятому курсу на развитие фундаментальных наук. Познание физико-химических параметров формирования местороаделшй меди, свинца и цинка,с одной стороны, позволило получить новый материал для дальнейшего развития теории рудообразования, с другой - более правильно подойти к пониманию генезиса месторовдений, что важно для разработки эффективных критериев прогноза, поисков и разведки.
Цель и задачи исследований Цель исследований - всесторонне оценить физико-химические параметры формирования месторовдений меди, свинца и цинка на ос-
нове полного изучения флюидных включений, для чего было необходимо решить следующие основные задаток
I - разработать комплекс устройств и приемов работы для оп-ределешш температур минералообразовяівш и химического состава флюидов во включениях минералов сульфидных месторождений;
-
- оцешіть физико-химические условия образования типичных представителей месторождений меди, свинца и цинка ведущих рудных провинций и поясов Казахстана;
-
- провести типизацию процессов, проявленных при формировании месторождений цветных металлов, и получить для них наиболее часто встречающиеся или предельные значения физико-химических параметров.
Технические средства и объекты исследований I. Были разработаны новые и усовершенствованы имеющиеся методы с целью изучения весьма мелких флюидных включений в жильных и рудных минералах сульфидных месторождений. Удалось получить большой объем новой информации, которая терялась при использовании распространенных методов термобарогеохимии. Использование больших увеличений и масляной иммерсии при оптических наблюдениях показало, что з мииералообразования участвовали не только гомогенное гидротермалыше растворы, но и гетерогенные флюида, состоявшие из сдной-двух жидкостей и газа, а также водно-солевые расплавы. Рачработаніллй вариант метода вакуумной декрепитации сделал восьозыым оценивать с точностью ±10% тзшературы минералообраэова-шя сульФівдіпк руд и тонкозернистых мэтасоматитов. Применение вакуумного стеклянного газоанализатора и изотахофоретического микроанализа растзороз существенно расширило круг анали&ируемкх химические компонентов во включениях - до 30 и более. Определялись практически все основные составляющие флюидов, в том числе и вода. В результате удалось рассшітать состав флюидов в единицах массы и пользоваться при исследованиях непосредственно концентрациями компонентов. На основании полного знания состава включений удалось оценить плотность растворов, их кислотно-щелочные и окислительно-восстановительные свойства, предложить способ установления источников рудообразующих флюидов.
Разработанный комплекс методов существенно повысил надежность и информативность термобарогеохимических исследований, поднял их на, новый более високий уровень, особенно в прилокении к сульфидным
. 3
месторождениям.
2. Разработанные методы были привлечены при изучении флюидных включений в метасоматитах и рудах более чем на 20-ти типичных месторождениях меди, свинца и цинка, восьми рудных поясоь и провинций Казахстана:
а) в Каратауском рудном поясе: Шалкия, Такал, Миргалимсай,
Ачисай - стратиформные сбинцово-цинковш в карбонатных породах;
б) в Длсунгарском рудном поясе: Текели, Яблоневое - страти-
формные колчеданно-свинцово-цинковые в черносланцевых толщах;
в) в Успенском рудном поясе: Жайрем - стратиформное баркт-
свинцово-цинковое среди пород базальт-кремнисто-карбонатной фор
мации; Алайгыр - свинцовое среди гидротермально измененных кис
лых вулканитов;
г) в Алтайском рудном поясе: Риддер-Сокольное, Зыряновское,
Орловское и Николаевское - колчеданно-полиметаллические среди
вулканогенных пород;
д) в Мангшшакском рудном поясе: группа медных проявлений
в терркгенкьк породах;
е) в Балхашской рудной провинции: Акнал - стратиформное
свинцово-цинковое в тектонических зонах среди карбонатных пород;
Акчагыл и Гульиад - полимоталлические контактово-метасоматичес-.
кие; Саяк - медное контактово-метасоматическое; Актогай - медно-
порфировое;
и) в Баянаульской руднс I провинции: Майкаин - медно-нолче-данное; Воп;екуль - медно-порфировое;
з) в Джезказганской рудной провинции: Джезказган - тип медистых песчаников.
На основании выполненных работ выдвинуты следующие основные защищаемые положения:
I. Общим для месторовдений.меди, свинца и цинка Казахстана является широкий диапазон физико-хкмдоеских параметров и близкий набор ведущих химических компонентов рудообразующих флюидов.
В целом температура флюидов менялась от 700 до 40С. Они различались по агрегатному состоянию (от пневматолитовых до жидких), концентрации солей (от слабоминерализованных до водно-солевых, расплавов) и плотности (от 0,1 до 1,2 г/см^ и более).Флюиды во включениях минералов сульфидных руд в качестве ведущих компонентов содержат HgO, н^ , С02, во|" , CI", На.+ , К4", были близ-
нейтральными, характеризовались сменой восстановительной обстановки на окислительную (величина отношения so^'/tigS изменялась от 0,01 до 10).
2. Гидротермально-осадочные руды, развитые на стратиформных
свинцово-цинковых месторовздениях, отлагались из низкотемператур
ных рассолов.
На Шалкие, Т-»лапе, Текели, Яблоневом, Найреме и других стратиформных месторождениях Казахстана во включениях сульфидов рассолы содержали 3-30$ солей и 1-5% газов при плотности 1,1-1,2 г/с»Г$ температура их была порядка 90-40С.
3. На месторовдениях, где проявлен магматизм, предрудный ме
тасоматоз осуществлялся вначале весьма высокотемпературными пнев-
матолитовыми растворами, затем высоко- и среднетемпературными га
зожидкими и жидкими.
На контактово-метасоматнческих медных (Саяк) и полиметаллических (Гульшад, Аісчагал), медно-порфировых (Актогай, Бощекуль), свинцовых в кислых вулканитах (Алайгыр), колчеданно-полимоталли-ческих в вулканогеино-осадочных толщах (Зыряновское, Орловское, Ридцер-Сокольное и др.) месторождениях флюиды во включениях пере-криеталлизованшх пород субвулканических и интрузивных тел, мраморов, роговиков и скарнов малоплотныо (0,1-0,2 г/сі.г) слабо минерализованные (с 3-10$ солей) водно-углеідаслотше; температура их составляла 500-700С. Растворы во вклпчениях минералов гидротермально измененных: пород водные и углекислотно-водные с плотностью 0,3-0.6 г/сі.г, оодеркаше солей з них не превышает 20% в кислотных метасомаїитах, достигая 35JS и более в щелочных мвтасо-матитах; температура юс оценена в 500-300С.
4. Гидрстермально-м^тасомат.таеское ору деление возникло при
высоких и средних температурах с участием газожидких и жидких
растворов, гидротермальное жильное оруденение в промышленных мас
штабах ~ при низких температурах из жидких растворов.
На месторождениях с интенсивным гидротерілаяьнш метасоматозом (Алайгыр, Бощекуль, Актогай, Саяк, Гульшад и др.) во вклоте-ниях прокилково-вкрзлленных руд преобладают сероводородно-углекис-лотно-водные растворы плотностью 0,4-0,8 г/см^ с содержанием 10-20, иногда до 40% солей; температура их составляла 500-300С. В рудах ггрочглкозо-пигьяого типа на стратиформных свинцово-цинковых ігесторождоииях (Шргаликсай, Ачлсай, Яблоневое и др.) раствори во
включениях'водные плотность» 0,8-1,2 г/сиг с ыаяыи участием Н^ и COg и содержат Дб-20^ солей; температура их была 200-60С.
5, Массивные сульфидные и сульфидно-баритовые руды возникли инъекционный путей из высококонцентрированных, чаще высокотемпературных растворов'-расплавов.
В прозрачных минералах массивных мелкозернистых руд развиты включения, сложенные преимущественно твердыми солевыми фазами при подчиненных количествах жидкости и газа. В их составе 1-20$ воды» примерно столько же газов (преобладают H^rC0g) и 60-90% солевых компонентов (СГ~, so^~ і Кат„, К*, Са , Mg2+ ). Их температура была часто выше 400С (колчеданно-полиыетанличбские руды Ридцер-Сокольного, Зыряновского, Орловского; медные руды Джезказгана), реже она опускалась до 300С (колчеданно-подинеталли-ческие руды Николаевского и МаГжаина, свиицово-цкнковые руды Акжала) и до 150С (сульфидно-баритовые руды Жайрема).
. Научная новизна работы. До постановки работ по данной теме термобарогеохимические исследования на месторовдениях цветных металлов Казахстана были проведены в небольшом объеме только на Рудном Алтае», При этом наиболее информативные включения малых размеров в мелкозернистых сульфидных рудах оказались вне поля зрения.
Применение усовершенствованных и вновь разработанных технических средств и. приемов работы позволило полно охарактеризовать физико-химические параметры образования более 20-ти рудных объектов, являющихся типичными представителями 10-ти ведущих геолого-генетических типов месторождений меди, свинца и цинка Казахстана. Подученный цифровой материал по температурам, составу летучих и солевых компонентов во многом оказался неожиданным и в ряде случаев до конца необъясненным. Впервые удалось получить полную характеристику параметров гидротермально-осадочного процесса, что способствовало становлению нового представления о гидротермально-осадочном рудообразовании на стратифорыных свинцово-цинковых месторождениях. При эндогенном ыинералообразовании на многих рудных объектах, связанных с магматической деятельностью, впервые удалось показать наличие раннего метасоматическсго преобразования пород при воздействии пнввматолитовых растворов. Новым в работе также является существенное уточнение параметров гидротермального метасоматоза, образования гидротермально-метасоматических и гидро-
термальных жильных руд. Впервые по флюидным включениям подтверждена гипотеза образования массивных сульфидных и сульфидно-баритовых руд инъекционным путем из высококонцентрированнызс растворов-расплавов. Полученные данные показывают разнообразие условий образования руд как в целом для изученной группы месторождений меди, свинца и цинка, так и на отдельных рудных объектах, что необходимо учитыва j в современных классификациях и различных модельных построениях. Это положение отрицает возможность существования универсальных концепций, объясняющих происхождение руд, а также возможность существования универсальных (усредненных) параметров их образования.
В совокупности с геологическими, минералогическими и изотопными данными, полученный материал позволяет более обоснованно судить о генезисе месторождений, эффективно использовать этот признак как для теоретических, так и прикладных целей.
В понятие стратиформного месторождения часто вкладывается и осадочный механизм образования руд, что справедливо не всегда.В Текели, Шалкие и Талапе преобладаюттидротермально-осадочные руды; в Миргалимсае, Ачисае, Яблоневом на них наложены гидротермальные, а на Жайреме -,еще гидротермадьно-метасоматические и инъекционные; последняя разновидность руд преобладает ь Акжале, Джезказгане, месторождениях Рудного Алтая. Термобарогеохкыическими исследованиями удалось распознать эти типы руд, что даст возможность более целенаправленно вести поисково-разведочные работы с учетом магматичесик, литологических, структурных и тектотшческих факторов локализации каждого из них.
Результаты исследований способствуют пересмотру некоторых устаревших положений и развитию теории рудообразования, а также являются основой для дальнейшего изучения процессов минералообразо-вания с привлечением методов физико-химического экспериментального и термодинамического моделирования.
Практическая значимость и внедрение результатов -работ. Проведенными исследованиями создана основа термобарогеохимяи месторождений меди, свинца и цинка в Казахстане. Установленные закономерности существенно дополняют результаты геологических, минералогических и изотопных исследований, которые в комплексе являются исходным материалом для решения задач рудноформационного анализа, металлогетпес кого районирования и прогнозирования в пределах рудных поясов,про-
винций и отдельных рудных полей. Полученная нами информация широко используется в Институте геологических наук АН КазССР. Она привлечена при подобных работах в Каратау, Горном Мангышлаке,вошла в качестве самостоятельных частей в монографии по Атаоуйскоиу и Джезказганскому рудным районам,, использована при систематизации ыедно-порфировых ыестороздений Балхашского сегмента и промытленно-генетических типов евинцово-цинковш: месторождений Каэахстана.В виде хоздоговорных и научно-исследовательских отчетов результаты были переданы геологическим организациям Мингео КазССР, которые стали привлекать их при планировшиш и оценке перспектив рудных районов на ранних стадиях поисково-разведочных работ (ПГО "Вккаа-геология" и "Центрказгеология"). Методика и результаты внедрены в учебный процесс в Казахском политехническом институте на геологоразведочном факультете, а.такає в Алма-Атинском филиале Института повышения квалификации Мингео СССР.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на УІ симпозиуме ШГРМ (Тбилиси,1982); на Всесоюзных совещаниях: "Основные параметры процессов эндогенного рудообрааования" (Новосибирск,1977), "Генетические модели эндогенных рудных место-ровдений" (Новосибирск,1981), "Использование методов термобарогео-хкмии при поисках и изучении рудных местороадений" (Москва,1981), "Условия образования и закономерности размещения стратиформных местороадений" (Фрунзе,1985), "Метаморфогенное рудообразование низких фаций метаморфизма" (J.dbob,I986), "Литогенез к рудообразование" (Москва,1986); на региональных совещаниях: "Термобарогеохиыи-ческие исследования в Казахстане" (Алма-Ата,19?5), "Совещание по минералогии, геохимии и методам исследований" (Владивосток,197б), "Количественная оценка оруденения по первичным ореолам" (Алма-Ата, 1984), "Рудоносные метасоматическне формации Урала" (Свердловск, 1986), "Метода прикладной терыобарогеохимии" (Алма-Ата,1987)$ на собраниях Казахстанского отделения БМО (1978,1982,1984 гг.). Материалы диссертации изложены в двух монографиях, двух брошюрах, 40 научных статьях и 9 научно-производственных отчетах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав и заключения, изложена на 235 стр. машинописного текста, иллюстрирована 103 рисунками и графиками, 26 таблицами в теиоте и 21 таблицей в приложении. Список использованной литературы включает 406 наименований.
