Содержание к диссертации
Введение
1 . Геологическое строение месторождения 7
1.1 .Изученность и положение месторождения в региональных структурах 7
1.2. Вмещающие породы 22
1.3.Магматизм 29
1 4 Рудоконтролирующие и рудовмещающие структуры 33
1.5.Морфология и строение рудных тел 34
2. Вещественный состав руд и возраст оруденения 44
2.1 .Минеральный состав руд 44
2.2. Последовательность минералообразования 67
2.3.Текстуры руд 77
2.4.Возраст руденения 82
2.5.Минералого-геохимическая зональность 91
2.6.Формационный тип месторождения 108
3. Условия формирования месторождения 114
3.1 .Метасоматическая зональность 114
3.2. Физико-химические условия минералообразования 137
3.3 .Изотопно-геохимическая модель формирования месторождения 147
4. Прогнозно-поисковые критерии и признаки месторождений-аналогов 155
4.1.Сопоставление месторождения Биркачан с эталонными месторождениями золото-серебряной формации 155
4.2. Факторы локализации месторождений золото-серицит-кварцевого минерального типа 168
4.3.Рекомендации по направлению геологоразведочных работ 169
Заключение 172
Список литературы 175
- Вмещающие породы
- Последовательность минералообразования
- Физико-химические условия минералообразования
- Факторы локализации месторождений золото-серицит-кварцевого минерального типа
Введение к работе
Актуальность работы, цели и основные задачи исследований. Недавно открытое золото-серебряное месторождение Биркачан находится в южной части Омолонского срединного массива, в 25 км к северу от месторождения Кубака. В течение 1998-2000 гг. ежегодная добыча золота на Кубаке, проводившаяся ОАО «Омолонская золоторудная компания», составляла 13-15 т, затем эти показатели начали постепенно снижаться в связи с естественным истощением запасов. Оставшиеся ресурсы обеспечат работу горнодобывающего предприятия лишь до 2004 года. Актуальность исследований обусловлена тем, что ввод в эксплуатацию нового Биркачанского месторождения позволит сохранить работоспособность наиболее эффективного горнорудного предприятия в регионе -Кубакинского ГОКа.
Биркачанское месторождение относится к новому для Северо-Востока России золото-серицит-кварцевому минеральному типу. Сходная по составу минерализация широко распространена в пределах Омолонского массива. Однако факторы локализации золото-серицит-кварцевых месторождений изучены недостаточно. Основной целью настоящего исследования является разработка прогнозно-поисковых критериев для месторождений подобного типа.
В связи с этим возникла необходимость решения следующих основных задач на основе обобщения материалов научных и производственных организаций, включая результаты исследований автора: 1) определение региональной позиции и геологического строения рудного поля; 2) выявление структуры месторождения, морфологии и строения рудных тел, критериев локализации рудных столбов; 3) исследование гидротермально-метасоматических изменений вмещающих пород; 4) изучение вещественного состава руд; 5) выяснение условий формирования месторождения; 6) разработка прогнозно-поисковых критериев и рекомендаций по поискам сходных месторождений.
Методика исследований, фактический материал и личный вклад автора. Фактическую основу работы составляет материал, собранный автором в процессе выполнения тематических работ ЦНИГРИ в течение 2000-2004 гг. При участии автора были составлены геолого-структурная схема Биркачанского рудного поля 1:25 000 масштаба, схемы латеральной и вертикальной метасоматической зональности, серия детальных геологических разрезов по буровым профилям масштаба 1:1 000, продольная проекция основного рудоносной зоны с данными по метасоматической, геохимической, изотопной и минералогической зональности масштаба 1:5 000. Детальное изучение месторождения включало в себя документацию керна буровых скважин, изучение метасоматических изменений и вещественного состава руд. Лично автором задокументировано 21 000 пог.м. керна скважин, изучено 600 прозрачных и 140 полированных шлифов, 124 пластины для гомогенизации. Абсолютный возраст месторождения определялся Rb/Sr изохронным методом (29 анализов).
Практическая значимость. Работа направлена на решение актуальной народнохозяйственной проблемы по расширению минерально-сырьевой базы Северо-Востока России. Положения диссертационной работы могут быть широко использованы при поисках и прогнозе месторождений золото-серицит-кварцевого минерального типа.
Рекомендации автора по прогнозу скрытых рудных тел на глубоких горизонтах Биркачанского месторождения использовались при разработке направлений геологоразведочных работ Омолонской золоторудной компании.
Научная новизна. Автором впервые выполнено детальное расчленение девонских вулканитов в пределах месторождения и показана преимущественная приуроченность продуктивной минерализации к игнимбритам риодацитов и покровным риолитам. Впервые выделены индикаторные околорудные метасоматические изменения сидерит-серицит-кварцевого состава. На основе микрозондовых анализов выявлена скрытая минералогическая зональность и предполагаемые направления движения флюидов в плоскости продольной проекции рудоносной зоны. Установлены низкие температуры рудообразования, смешанный метеорно-магматический состав рудоносных флюидов, наличие «каолинитовой шляпы», указывающие на незначительный уровень эрозионного среза месторождения. Составлена изотопно-геохимическая модель формирования месторождения. Разработана система прогнозно-поисковых критериев для золото-серебряных месторождений нового минерального типа.
Апробация работы. Основные материалы и положения диссертации докладывались на научно-техническом совете Омолонской золоторудной компании (2001 г.), на XI международной конференции по термобарогеохимии (г.Александров, 2003 г.), на секции Ученого Совета ЦНИГРИ (2003 г.), на конференции памяти М.Б. и Н.И.Бородаевских (2004 г.). Результаты исследований изложены в двух научно-производственных отчетах и четырех печатных работах, в том числе в одной коллективной монографии.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Текст диссертации (182стр.) сопровождается 63 иллюстрациями и 13 таблицами, список литературы содержит 95 наименований. Главы диссертации соответствуют основным защищаемым положениям. В главе 1 проанализированы изученность, положение месторождения в региональных структурах, вмещающие породы, магматизм, морфология и строение рудных тел. В главе 2 приводятся данные по минеральному составу руд, последовательности минералообразования и минералого-геохимической зональности. В главе 3 обсуждается метасоматическая зональность месторождения, возраст оруденения, условия локализации рудных тел и столбов, физико-химические условия образования, глубины формирования и степень эродированности объекта. В главе 4 проведено сопоставление Биркачанского месторождения с эталонными золото-серебряными месторождениями и охарактеризована система прогнозно-поисковых критериев и признаков месторождений-аналогов.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность научному руководителю работы доктору геолого-минералогических наук, профессору М.М.Константинову за всестороннюю помощь при подготовке диссертации. Автор благодарит за содействие при проведении полевых работ и предоставленные материалы геологов и руководителей геологоразведочных организаций С.В.Волкова, Б.Гиллеса, В.П.Карчавца, Б.И.Ишкова, В.Н. Кудиенко, А.М.Пака, В.С.Чурина, В.А.Ярового. Автор признательна за дружескую помощь коллегам по работе: С.Ф.Стружкову, В.К.Политову, О.Б.Рыжову, М.Е.Вакину, В.В.Аристову, С.Г.Кряжеву, Л.Н.Шишаковой, В.И.Устинову, Ю.П.Шергиной, Ю.В.Васюте, Э.И.Алышевой.
Основные защищаемые положения
1 .Биркачанское рудное поле локализовано в лежачем боку крупного субширотного надвига, в участке его пересечения зоной рудоконтролирующих северо-восточных разломов. Месторождение представлено пучком рудовмещающих нарушений; верхняя часть пучка представлена линейным штокверком с пониженными содержаниями золота, а глубжезалегающая стволовая часть включает в себя богатые рудные тела — минерализованные зоны дробления. Литологический контроль оруденения определяется горизонтами игнимбритов риодацитов и риолитов.
2. Месторождение относится к золото-серицит-кварцевому минеральному типу золото-серебряной формации. Основные минералы-концентраторы полезных компонентов — электрум, самородное золото, сульфосоли серебра и блеклые руды. Выявлено четыре стадии минералообразования: 1) дорудная адуляр-кварцевая; 2) слабопродуктивная адуляр-карбонат-кварцевая; 3) продуктивная золото-серицит-кварцевая; 4) пострудная кварц-карбонатная.
3. Низкие температуры рудоотложения - 100-150°С, предположительно смешанный метеорно-магматический состав рудоносных растворов, наличие диккит-каолинит кварцевых метасоматитов указывают на незначительный эрозионный срез и принадлежность месторождения к верхней части палеогидротермальной системы.
4 Прогнозно-поисковые критерии и признаки однотипных месторождений в пределах Омолонского массива включают: а) слабоэродированные девонские вулкано-тектонические депрессии; б) крутопадающие региональные рудоконтролирующие разломы северовосточной ориентировки; в) крупноамплитудные надвиги, предположительно играющие роль структурных экранов; г) линейные зоны аргиллизации с наложенными серицит-сидерит-кварцевыми изменениями; д) диккит-каолинит-кварцевые метасоматиты; е) золотоносные штокверки и минерализованные зоны дробления золото-серицит-кварцевого состава.
Вмещающие породы
Стратиграфический разрез рудного поля включает в себя девонские, каменноугольные и пермские породы (Наталенко и др., 2002) (Рис. 1.8). В разрезе выделяются (снизу-вверх) следующие толщи: грунтовская (Е 2-з), гурникская (D3-C1), корбинская (Сі) и верхнепермская (Рг). Бурением на месторождении в основном вскрыты грунтовская и гурникская толщи, поэтому их литологические особенности далее рассматриваются более детально (Рис. 1.9).
Грунтовская толща подразделяется на две подтолщи. Нижняя подтолща сложена дацитами, андезито-дацитами, андезитами и их туфами. Андезито-дациты и андезиты макроскопически представляют собой зеленовато-серые, буровато-серые порфировые породы массивной текстуры. Порфировые выделения размером 1-2 мм представлены полевыми шпатами и темноцветными минералами. Основная масса - стекловатая. По данным изучения шлифов, вкрапленники в андезитах представлены плагиоклазом, пироксеном, амфиболами. Основная масса имеет пилотакситовую структуру (Рис.1.10-а). Под микроскопом: дациты содержат вкрапленники плагиоклаза, реже кварца, калиевого полевого шпата, иногда биотита. Основная масса либо микрофельзитовая, либо микропойкилитовая. Туфовые разности этих пород содержат литокласты андезитов и дацитов. Цемент имеет туфовый облик (рогульчатые обломки пепловых частиц). Нижняя граница подтолщи бурением не вскрыта, видимая мощность превышает 100 м.
Верхняя подтолща представлена в основном игнимбритами риолитов и риодацитов, а также их кристаллокластическими туфами. Литокристаллокластические игнимбриты риодацитов и риолитов макроскопически представляют собой светло-серую, зеленовато-серую породу, как правило содержащую фьямме размером 0.5-2 см в количестве 1-10% (Рис. 1.10-6), а также литокласты и кристаллокласты. Под микроскопом игнимбриты содержат литокласты риолитов, дацитов, риодацитов размером 0,3-1 см; кристаллокласты размером 0.1-1 мм представлены кварцем, плагиоклазом, калишпатом, биотитом, реже темноцветными минералами в различных соотношениях. Отмечены также фенокристаллы аналогичного состава. Наличие фьямме является характерной чертой. Основная масса как правило имеет псевдофлюидальную (флюктуационную) текстуру. Отмечен эффект «растаскивания» обломков и фенокристаллов. Кристаллокластические туфы риодацитов макроскопически представлены светло-серой обломочной породой. Кристаллокласты размером 1-2 мм представлены кварцем и полевым шпатом. Под микроскопом кристаллокласты представлены кварцем, плагиоклазом, биотитом, реже калишпатом и темноцветными минералами, имеют оскольчатую форму. Размер обломков составляет 0,1-2мм. Количество варьирует от 20 до 50%. Литокласты встречаются реже и находятся в подчиненном количестве. Цемент как правило содержит витрокластический материал, количество которого варьирует в широких пределах (Рис. 1.10-в). Мощность верхней (игнимбритовой) подтолщи в среднем составляет 150-160 м. В продольном разрезе отчетливо видно, что в районе 21 профиля мощность игнимбритовой пачки увеличивается в два раза (превышая 300 м), ее нижняя граница в этом профиле не вскрыта. К юго-западу и северо-востоку от 21 профиля мощность игнимбритовой пачки закономерно убывает до 50 м. Не исключено, что в 21 профиле бурением был вскрыт магмоподводящий канал (палео-жерловина). Это предположение подтверждается присутствием в профиле 21 большого количества тектонических брекчий. С положением предполагаемой палео-жерловины совпадает и позиция богатого глубокозалегающего рудного тела брекчиевой текстуры. Равновероятным объяснением резкого возрастания мощностей игнимбритовой пачки может быть западина в палео-рельефе.
Гурникская толща представлена (снизу-вверх): 1) маркирующим горизонтом мелко-среднезернистых туфопесчаников (мощностью 20-25 м), 2) покровом риолитов (мощностью 30-60 м) и 3) пачкой литокристаллокластических туфов риолитов с прослоями туфопесчаников, туфоалевролитов, туфогравелитов (мощностью 100 м). Мелкозернистые туфопесчаники макроскопически представлены буровато-серой, зеленовато-серой отчетливо слоистой породой. В шлифах (Рис.1.10-г) наблюдаются хорошо окатанные, полуокатанные обломки размером доли мм, обычно хорошо отсортированные. Количество обломков в среднем составляет 80%. Состав обломков очень пестрый, в них присутствуют все нижезалегающие разности: дациты, андезиты, риолиты, туфы различного состава, а также обломки кристаллов кварца, плагиоклаза, калишпата и т.п. Цемент - пленочный, или базальный, или интерстициальный. Обломки пепловых частиц очень редки.
Покровные риолиты по данным полевой документации ранее относились к субвулканическим телам. Детально изученный покров риолитов вскрыт в интервале буровых профилей 15-23. Покров имеет протяженность около 800 м и мощность 10-60 м. В приконтактовых частях покрова отмечены лавобрекчии, содержащие как обломки вмещающих пород, так и самих риолитов. С верхней частью покрова риолитов (в участках наложения на него крутопадающих рудовмещающих разломов) пространственно совпадает часть рудоносного штокверка. В пределах месторождения риолиты сильно изменены, что затрудняет макроскопическое определение их фациальной принадлежности. Аналогичный менее измененный покров риолитов, занимающий сходное стратиграфическое положение, отмечен также в южной части рудного поля. Макроскопически риолиты представляют собой светло-серую порфировую породу с мелкими (1-2 мм) вкрапленниками кварца и полевых шпатов. Под микроскопом покровные риолиты по ряду текстурных и структурных особенностей отчетливо отличаются от описанных далее субвулканических разностей. Вкрапленники в количестве 5-20%, размером 0.5-4 мм представлены идиоморфными кристаллами кварца, плагиоклаза, калишпата, пироксена, биотита. Состав, количество и размер вкрапленников варьируют в широких пределах как по падению, так и по простиранию покрова. Отличительной особенностью структуры основной массы является наличие перлитовой отдельности (реликтов газовых пузырьков) (Рис.1.10-д). Наиболее хорошо перлитовая отдельность проявлена в слабоизмененном покрове риолитов в южной части рудного поля (Рис. 1.10-е). В составе покрова встречаются туфолавы риолитов, основная масса которых имеет отчетливо туфовый облик (Рис. 1.11-а), а также содержит единичные микролиты полевых шпатов, большое количество мелких (доли мм) обломков кристаллов кварца и плагиоклаза. Таким образом, покровные риолиты отличаются от субвулканических разностей низкой степенью раскристаллизации, присутствием перлитовых трещинок, микролитов и мелких кристаллокластов, а также отчетливой неоднородностью, не типичной для субвулканических тел (по данным изучения шлифов, количество и размер фенокристаллов существенно варьируют на протяжении первых метров).
Литокристаллокластические туфы риолитов макроскопически представлены серыми, светло-серыми обломочными породами. Под микроскопом отчетливо диагностируется кислый состав туфов: преобладают обломки риолитов, как субвулканического, так и покровного облика, а также кристаллокласты кварца, плагиоклаза, калишпата и биотита. Обломки имеют оскольчатую форму, количество их варьирует от 20% до 50%, размер от долей мм до 1см. В цементе эпизодически встречаются обломки пепловых рогулек.
Корбинская толща сложена углистыми сланцами и алевролитами в нижней части. Верхнепермская толща представлена известковистыми битуминозными алевролитами, песчаниками, известняками.
Интрузивный магматизм в пределах рудного поля наиболее широко представлен позднедевонскими субвулканическими риолитами и риодацитами, слагающими силлобразные тела (Паньков и др., 1990 г.). С этими телами пространственно связано большинство проявлений золотой минерализации, многие из них являются рудовмещающими. Выполненный группой ЦНИГРИ геохронологический анализ (Rb/Sr изохронный метод по калишпатам кристаллокластов) подтвердил их позднедевонский-раннекарбоновый возраст - 326±9.8 млн. лет (Политое и др., 2000 г.).
По данным колонкового бурения, субвулканические риолиты слагают пологозалегающее силлообразное тело мощностью 100-170м, длиной 1000м и шириной 700м, контакты которого подорваны субширотными надвигами. В составе тела выделяется три разновидности риолитов: брекчиевые (с переходами к массивным), сферолитовые и флюидальные. Между всеми разновидностями существуют постепенные переходы, хотя ареалы каждой разновидности очерчиваются достаточно точно.
Последовательность минералообразования
По данным полевой документации и камерального изучения шлифов, аншлифов и прозрачно-полированных пластинок установлена многостадийная последовательность формирования месторождения (Табл. 2.5). Основными признаками определения последовательности формирования минеральных парагенезисов были 1) признаки дробления и наличие обломков минеральных агрегатов ранних стадий в поздних, 2) пересечение поздними парагенезисами ранних по секущим прожилкам, 3) замещение ранних минералов поздними. При выделении стадий минералообразования учитывались данные геохронологического датирования жильных образований, температуры гомогенизации газово-жидких микровключений, характер метасоматических изменений вмещающих пород и характер пространственного размещения жильных образований. В истории формирования объекта выделяются четыре стадии.
К первой стадии (324±6 млн. лет (см. разд. 2.3) относятся немногочисленные крупнокристаллические адуляр-кварцевые жилы ритмично-полосчатой текстуры. Ритмика обусловлена чередованием зон крупнокристаллического кварца и крупнокристаллического адуляра. Рудные минералы в этих жилах представлены редкими зернами пирита-1, приуроченного к участкам смены ритмов. В призальбандовых частях жил встречается рутил, отлагавшийся одновременно с кварцем. Золотой минерализации в жилах первой стадии не выявлено.
Ко второй стадии минералообразования (172.6±2.8 млн. лет) относятся многочисленные жилы и прожилки адуляр-карбонат-кварцевого состава. Мощность жил варьирует от 0.1 до 5-6м (в раздувах до 12м). Текстуры жил преимущественно ритмично-полосчатые, колломорфно-полосчатые (Рис.2.1-а), каркасно-пластинчатые (Рис.2.1-6), гребенчатые. В крупных жилах все пространство жилы разделено карбонатными зонами (прослоями) на серию макроритмов. Каждый макроритм включает в себя карбонатный ритм и серию адуляр-кварцевых или сидерит-кварцевых микроритмов, имеющих разный структурный рисунок (Рис.2.14). Смена микроритмов обусловлена или возникновением новых зарождений кварца, адуляра и сидерита, или резким изменением количественных соотношений между ними. К границам микроритмов приурочено основное количество пирита-И и слоистых силикатов (в жилах это преимущественно серицит, редко гидрослюда). В призальбандовых частях жил регулярно отмечаются крупные, часто хорошо ограненные кристаллы анатаза.
Карбонатные ритмы в настоящее время практически полностью замещены кварцевым агрегатом и реконструируются по характерным теневым структурам в кварцевом агрегате и реликтам недозамещенного первичного материала. В результате проведенного анализа установлено, что наиболее ранние (призальбандовые) карбонатные ритмы представлены "кораллитовыми" агрегатами. Эти агрегаты представляют собой сложнопостроенные образования типа сталактитов-сталагмитов, но отлагавшиеся не в виде натечных пещерных образований, а формирующиеся в гидротермальных жилах. На Биркачанском месторождении эти образования представлены игольчатыми выделениями сидерита, которые обрастали зональной радиально-лучистой каймой кварц-сидеритового состава. Более поздние карбонатные ритмы сложены крупнокристаллическим кальцитом, вероятно ромбоэдрического габитуса. В результате замещения этого кальцита кварцем вдоль двойниковых швов и трещин спайности, сформированы своеобразные каркасно-пластинчатые текстуры (Рис.2.1-6), представляющие собой сочетание разноориентированных пакетов параллельных пластин (в пределах контуров бывших монокристаллов кальцита). Осевые части этих пластин сложены мелкозернистым кварцевым агрегатом. Наружное обрамление представлено гребенчатым кварцем с зоной геометрического отбора вблизи поверхности бывших кальцитових кристаллов. Карбонатные ритмы центральных частей жил сложены папиршпатом (пластинчатым кальцитом). Реликты этого кальцита сохранились среди кварцевых псевдоморфоз в каркасно-пластинчатых агрегатах.
Рудная минерализация в жилах второй стадии представлена редкими зернами пирита-П, приуроченными к сменам микрослоев в ритмично-зональном жильном агрегате и немногочисленными кристаллами анатаза в призальбандовых участках жил. Очень редко по границам микрослоев отмечаются мелкие (до 5мкм) высокопробные золотины. Золото имеет преимущественно округлую, иногда каплевидную форму. Мы предполагаем, что жилы второй стадии несут рассеянную, преимущественно забалансовую, золоторудную минерализацию. Однако, в связи с интенсивным наложением штокверковой, тонкопрожилковой минерализации последующей золоторудной стадии и широким развитием метасоматических процессов, доказать это однозначно не представляется возможным.
Ритмично-полосчатые адуляр-карбонат-кварцевые жилы сопровождаются окварцеванием, карбонатизацией (преимущественно сидерит) и слабой адуляризацией вмещающих пород.
В результате детального изучения шлифов и прозрачно-полированных пластинок установлено, что адуляр-сидерит-кварцевые жилы II стадии местами подверглись интенсивной перекристаллизации. Перекристаллизация проявилась в жилах неравномерно. Одни участки интенсивно перекристаллизованы, другие практически не затронуты перекристаллизацией. При этом в продуктивных сидерит-серицит-кварцевых прожилках и гнездах III стадии признаки перекристаллизации не отмечены. Как и жилы, адуляр-сидерит-гидрослюдисто-кварцевые метасоматиты II стадии местами также интенсивно перекристаллизованы. Это позволяет в таких участках более уверенно отличать их от похожих, но не перекристаллизованных, метасоматитов III стадии. Перекристаллизация в метасоматитах проявляется в изометризации зерен кварца и очищении их от примеси гидрослюды (Петровская, 1956; Емлин, Суставов 1971; Суставов 1995). При этом, чем больше первоначальный метасоматит обладал мономинерально-кварцевым составом, тем интенсивнее он перекристаллизован. Это явление (мономинеральный агрегат всегда перекристаллизовывается лучше полиминерального) описано многими минералогами (Григорьев, Жабин, 1975; Жабин, 1979). В жилах перекристаллизация проявлена в исчезновении каркасно-пластинчатых, друзовых и гребенчатых текстур - от них остаются только реликты и тени. При этом отмечено, что мелкозернистый агрегат всегда перекристаллизован интенсивнее крупнозернистого. Достаточно четко отличаются также вкрапленные пириты в метасоматитах второй и третьей стадии. Перекристаллизованные пириты II стадии характеризуются хорошо проявленными гранными формами (преимущественно кубами). Не перекристаллизованные пириты III стадии отличаются неправильными, часто лапчатыми формами, которые лишь местами приобретают зачатки внешней огранки. В пиритах III стадии значительно больше (по крайней мере - на порядок) реликтов вмещающих пород, чем в пиритах II стадии.
При интенсивных динамических нагрузках в кварце преимущественно проявляются пластические и плоскостные деформации, а также развиваются процессы рекристаллизации вдоль зон трансляций (Петровская, 1956; Щеколдин и др., 1970; Емлин и др., 1971). При длительном воздействии повышенного давления без активных тектонических процессов в кварце проявляется грануляция (формирование ячеек коксетера) и очищение от примесей (Григорьев, 1961), что мы и видим на примере жил и метасоматитов II стадии.
Таким образом, перекристаллизация образований второй стадии свидетельствует о значительных статических воздействиях в зоне долгоживущего разлома при тектонических перестройках, предшествовавших формированию золоторудного штокверка III стадии. Этот факт в дополнение к различию «изотопных» возрастов образований II и III стадий (соответственно 172 млн.лет и 159 млн.лет), брекчированию жил II стадии и цементации их обломков материалом III стадии, а также пересечению жил II стадии прожилками III стадии подтверждает правомочность их отнесения к различным стадиям минералообразования.
Третья, собственно золоторудная, стадия (159.4±4.5 млн.лет) представлена на месторождении тремя парагенезисами: золот-серицит-кварцевым, золото-кварцевым и сидерит-серицитовым.
В течение третьей стадии происходило формирование основной массы серицит-сидерит-кварцевых метасоматитов с более или менее обильной вкрапленностью пирита-Ш и редкими выделениями халькопирита-1 и синхронных с метасоматитами гнезд, линз и прожилков (мощностью от долей миллиметра до 10 - 15 сантиметров) кремневидного кварца. Прожилки кремневидного кварца иногда содержат обильную мелкую (доли миллиметра) вкрапленность пирита-IV и постоянно большее или меньшее количество серицита. В незначительном количестве в этом кварц-серицитовом агрегате отмечается вкрапленность рутила. В прожилках и гнездах этой стадии временами отмечаются текстуры типа отстойников и присыпок (рис. 2.15), свидетельствующие об их формировании в свободном пространстве. Судя по ориентировке присыпок и положению отстойников, направление действия силы тяжести времени рудообразования совпадает с современным.
В эту стадию сформирована основная масса штокверковой минерализации с золотым оруденением. Штокверковая минерализация представлена маломощными (от долей миллиметра до первых сантиметров) прожилками зонального гребенчатого кварца накладывающимися на кварц-сидерит-серицитовые метасоматиты и на жильные образования предшествующих этапов (Рис.2.17). Текстура прожилков преимущественно гребенчатая, ритмично-полосчатая (Рис.2.16), обусловленная образованием жильных и рудных минералов в свободном пространстве трещин. В центральных частях прожилков часто отмечаются мелкие друзовые пустоты выполненные серицитом и сидеритом.
Минералообразование в эту стадию начиналось с формирования призальбандовых оторочек мелкозернистого серицит-кварцевого агрегата с вкрапленностью пирита и анатаза. Здесь же встречаются мелкие (до 0.2мм) золотины комковидной формы светло-желтого цвета (Рис. 2.2-а,б). Затем следует рост ритмично-зонального кварц-серицитового агрегата (Рис.2.16). Ритмичность обусловлена чередованием микропрослоев (0.1 - 2мм) гребенчатого кварца и мелкозернистого серицит-кварцевого агрегата. За каждым мелкозернистым серицит-кварцевым прослоем следует новое зарождение кварца, который формирует очередную микрокайму гребенчатого кварца с зоной геометрического отбора в основании. В кварц-серицитовых микрокаймах временами отмечается мелкая редкая вкрапленность пирита и As-пирита. Центральные части прожилков выполнены гребенчатым кварцем, вблизи головок часто обогащенного тонкодисперсным гематитом, который придает кварцу красный цвет (наличие тонкодисперсного гематита, окрашивающего кварц в красный цвет, является характерным признаком поздних парагенезисов золото-серицит-кварцевой стадии). К центральным частям прожилков приурочены отдельные гнездовые выделения теннантита, Ag-теннантита, гессита, халькопирита, пирита, электрума и более редких галенита и сфалерита (Рис.2.1-д, е). Эти рудные минералы отмечаются как в виде одновременной вкрапленности, так и в интерстициях агрегата гребенчатого кварца. Пустоты в центральных частях прожилков инкрустированы ограненными головками гребенчатого кварца, которые обрастают минералами сидерит-серицитового парагенезиса. Непосредственно на кварц обычно нарастают крупные ограненные кристаллы сидерита, а оставшееся пространство вьшолнено мелкозернистым серицитом (Вместо крупнокристаллического сидерита возможно наличие крупночешуйчатого серицита (Рис.2.16). На мелкозернистый серицитовый агрегат накладываются метасоматические гнезда и прожилки сидерита с редкой вкрапленностью пирита и халькопирита. В участках наложения золото-кварцевых прожилков на жилы адуляр-карбонат-кварцевой стадии отмечается четкая зависимость состава прожилков от состава замещаемого материала. Так серицит развивается метасоматически преимущественно по ритмам обогащенным адуляром (Рис.2.3-б), новообразованный кварц - по кварцевым и кварц-сидеритовым ритмам, а пирит-V и As-пирит избирательно замещают кристаллы сидерита.
Физико-химические условия минералообразования
Физико-химические особенности рудообразования изучались автором совместно с С.Г.Кряжевым, С.Ф.Стружковым и В.И.Устиновым по данным гомогенизации газово-жидких микровключений, газовой хроматографии, анализов водных вытяжек и изотопного состава кислорода жильного кварца.
Газово-жидкие микровключения наблюдались в кварцевых пластинках из адуляр-кварцевых, серицит-кварцевых (±сульфиды±золото) жил и прожилков Биркачанского месторождения. Изучались размеры, форма, фазовый состав и количество включений. Температуры гомогенизации газово-жидких включений определялись на установке УМТК-3. Всего были изучены 64 кварцевых пластинки. Однако для экспериментов оказались пригодны лишь 27 пластинок. Было выполнено 98 замеров температур гомогенизации.
Жильный кварц месторождения Биркачан характеризуется микровключениями минералообразующих растворов размером 1-20 мкм. Первичные и первично-вторичные включения (Ермаков, 1972) использовались для характеристики представленного в образце этапа (стадии) рудообразования, а вторичные включения - для выяснения температурных параметров последующих стадий.
По фазовому составу все изученные включения являются газово-жидкими. Коэффициент наполнения (относительный процент газовой фазы) - аномально низкий, варьирует от 5 до 10%, положительно коррелируя с температурами гомогенизации. Сходный коэффициент наполнения ранее отмечался нами лишь на сурьмяно-ртутных проявлениях Дукатского рудного района. Для большинства золото-серебряных месторождений типичен более высокий коэффициент наполнения (10-30%). Гомогенизация всех изученных включений при нагревании происходит только в жидкую фазу. Фаза углекислоты во включениях не встречена. Существенно-газовые (паровые) включения в изученном кварце не развиты, признаки вскипания растворов отсутствуют. Включений с NaCl не встречено, что указывает на рудоотложение из низкосоленых растворов.
В целом для жильного кварца установлен сравнительно узкий температурный интервал гомогенизации микровключений: 190-100С при средней модальной температуре 130С, что характеризует Биркачан как аномально низкотемпературный объект (рис.3.11). Внутри выявленного более широкого температурного диапазона предположительно выделяются 4 более узких частично перекрывающихся интервалов и максимумов, отвечающих различным генерациям включений: (3) - 100-150С, (2, 4) - 150-180С, (1) - 190С. Приведенная характеристика материала пластинок (табл. 3.2) позволяет охарактеризовать выделенные (раздел 2) стадии рудообразования. Первой (адуляр-кварцевой) стадии соответствует максимум (1) - 190С. Второй (адуляр-карбонат-кварцевой) и четвертой (карбонат-кварцевой) стадиям отвечает интервал (2, 4) - 180-150С. Третья продуктивная (золото-серицит-кварцевая) стадия характеризуется аномально низкими температурами (150-100С) с хорошо проявленным максимумом 130С.
Если по аналогии с другими близповерхностными золото-серебряными месторождениями (Гончаров, Сидоров, 1979) предположить,что давление в период рудообразования не превышало 250 бар, то температурой гомогенизации можно апроксимировать температуру минералообразования (Мельников, 1979).
Распределение температур гомогенизации газово-жидких включений продуктивной стадии в продольной проекции основной рудной зоны (Рис.3.12) свидетельствует о том, что аномально низкие температурные характеристики сохраняются на всем проанализированном вертикальном интервале (более 300 м). Палеотемпературное поле в целом характеризуется небольшими градиентами (5 /100м), что отвечает сравнительно застойным условиям и предположительно связано с преобладающим диффузионным типом массообмена на месторождении. Несколько повышенные градиенты (10-30/100м) характерны лишь для рудного тела №3, что возможно объясняется наличием локальной зоны инфильтрационного массообмена.
Тем не менее, палеоизотермы позволяют наметить температурную зональность, предположительно указывающую на направления движения рудоносных растворов. Предполагается, что рудоносные флюиды двигались в плоскости рудной зоны снизу-вверх (под небольшим углом к горизонту) и с северо-востока на юго-запад, что в целом совпадает с анизотропией вмещающих пород. Значительная роль латеральной составляющей (пологозалегающего вектора) в движении рудоносных флюидов характерна для многих золото-серебряных месторождений (Дукат, Гуанохуато и другие) (Константинов и др., 2000).
Предполагаемое направление движения растворов и наметившийся шаг в распределении продуктивной минерализации позволяет прогнозировать скрытое рудное тело между горизонтами 200-350 м в интервале буровых профилей №№24-29.
По данным газово-хроматографических анализов кварца, выполненных С.Г.Кряжевым и Ю.В.Васютой, месторождение Биркачан существенно отличается от месторождения Кубака (образцы Л.Н.Шишаковой) повышенной концентрацией СОг и пониженной концентрацией СН4 (табл.3.3). Предполагается, что это связано с формированием известных рудных тел Биркачанского месторождения в более приповерхностных условиях при повышенной активности кислорода.
Все проанализированные рудные тела Биркачанского месторождения приурочены к участкам с максимальными градиентами СО2/СН4 (рис.3.12). Не исключено, что резкая смена окислительно-восстановительного режима при смешении магматогенных рудоносных флюидов с кислород-содержашими метеорными водами являлась наиболее эффективным механизмом рудоотложения. Область пониженных значений СО2/СН4 предположительно фиксирует пути движения первоначального относительно восстановленного рудоносного флюида и совпадает со склонением палеоизотерм.
Анализ водных вытяжек из раздробленных в процессе газохроматографического анализа проб кварца выполнен С.Г.Кряжевым для определения состава рудообразующих растворов. Концентрации анионов в них определены методом ионной хроматографии, катионов и микроэлементов - методом ICP-MS, гидрокарбонат-ион не определялся. Результаты анализов нормированы по воде, выделенной из навески при дроблении (табл. 3.4).
Во всех образцах установлено присутствие хлор-иона, концентрации которого оказались более высокими в рудных телах №5 и №2. Концентрация хлоридов составляет здесь 5,5 -11,2 %NaCl-3KB., и значительно снижается в рудном теле №3 (1,4 - 3,0 % NaCl- экв.). Полученные результаты указывают на низкосоленый характер растворов и более высокую степень разбавления флюидов в наиболее проницаемой структуре (рудное тело 3), вмещающей богатые брекчиевые руды месторождения.
Сульфат-ион обнаружен только в рудном теле №3, что может быть связано с миграцией сульфат-иона из штокверковых рудных тел (№2 и №5) в более приповерхностные области и участия его в формировании каолинитовой шляпы.
Большинство металлов, включая К и Са, обнаружены в вытяжках в аномально высоких концентрациях. По этому признаку Биркачанское месторождение резко выделяется среди других золото-серебряных объектов. Однако аномально высокой минерализации рудоносных флюидов противоречит отсутствие в газово-жидких включениях дочерних минералов. Другим возможным объяснением может служить возможность выщелачивания металлов не только из вскрытых флюидных включений. Возможно, что основными их поставщиками в раствор служили твердые минеральные микровключения, рассеянные в массе кварца -карбонаты, слюды, сульфиды и сульфосоли. Эти включения, в принципе, также являются показателями состава рудообразующих растворов, и несмотря на невозможность расчета точной концентрации минералообразующих элементов во флюиде, могут служить в качестве типоморфного признака продуктивной минерализации. Так, несмотря на небольшое количество анализов, наблюдается отчетливая зависимость между содержаниями
Факторы локализации месторождений золото-серицит-кварцевого минерального типа
Прогнозные критерии и поисковые признаки, которые возможно использовать при поисках и оценке сходных объектов, включают в себя: - предполагаемый субмеридиональный разлом глубокого заложения (позднемезозойская зона тектоно-магматической активизации), контролирующий локализацию месторождений Эвенской группы, Кубаки, Биркачана и других; - девонская слабоэродированная вулкано-тектоническая депрессия со скрытым (не выходящим на дневную поверхность) гранитоидным массивом; - контрастные сочетания разновозрастных структурно-вещественных комплексов: докембрииских и раннепалеозоиских с девонскими и позднемезозойскими - потенциальные рудные поля, в которых можно ожидать совмещение разноэтапнои золоторудной минерализации; - многочисленные литогеохимические аномалии золота по вторичным ореолам (более 0,1 г/т); - силлы позднедевонских риолитов; крутопадающие долгоживущие разломы северо-восточной ориентировки, представляющие собой кулисы регионального рудоконтролирующего разлома; - золотоносные штокверки, минерализованные зоны дробления и жильные зоны золото-серицит-кварцевого состава; - литологический контроль оруденения горизонтами хрупких пород; - возможные структурные ловушки: узлы пересечения рудоконтролирующих разломов и крупноамплитудных надвигов и т.п.; - минералогический признак богатых рудных тел: телескопирование (совмещение в одних структурах) максимального количества стадий минералообразования при преобладании продуктивной; - надрудный уровень отличает развитие диккит-каолинитовых метасоматитов; для верхне-среднерудного уровня типичны околожильные сидерит-серицит-кварцевые метасоматиты; руды отличаются золото-серебряным отношением Au/Ag l, присутствием акантита, сульфосолей серебра, серебристых блеклых руд, галенита±сфалерита, повышенным количеством сидерита (3-15%); для нижнерудного-подрудного уровня характерны: золото-серебряное отношение Au/Ag l, арсенопирит, сфалерит (без сопутствующего галенита), низкосеребристые блеклые руды, пониженное количество сидерита ( 3%), низко-среднетемпературные эпидот-содержащие пропилиты. Исходя из результатов изучения геологического строения месторождения, вещественного состава руд и метасоматитов, а также из предлагаемой палеогидротермальной модели формирования месторождения, можно сделать следующие практические рекомендации. 1 .В пределах основной рудной зоны для заверки прогнозируемого скрытого рудного тела между горизонтами 200-350 м в интервале буровых профилей №№24-29 рекомендуется пробурить 5-10 скважин глубиной 400-800 м. Основанием для бурения является наметившееся направление движения рудоносных флюидов (снизу-вверх и с северо-востока на юго-запад - исходя из морфологии палеоизотерм и элементов минералогической зональности) и шаг между рудными телами в зоне потока рудоносных растворов.
Учитывая, что данные изучения метасоматической и минералогической зональности, газово-жидких включений и газовой хроматографии указывают на принадлежность Биркачанского месторождения к наиболее верхней части палеогидротермальной системы, глубокие горизонты можно в принципе считать более благоприятными для формирования богатых рудных тел. На глубоких горизонтах также не исключено обнаружение более богатых рудных тел кубакинского типа. Поэтому рекомендуется заверить глубокие горизонты несколькими дополнительными скважинами между горизонтами 200-350 м в интервале буровых профилей №№21-24
Необходимо продолжить разбуривание по латерали основной рудной зоны: на северо-восток и юго-запад от известных рудных тел. На юго-западе предлагается прежде всего заверить предположение о приуроченности богатых руд (тел минерализованных брекчий) к участкам понижения уровня грунтовых вод (областям разгрузки смешанных растворов). Известный аналог расположен в пределах профилей 20-22 (рудное тело 3). Прогнозируемый участок расположен в районе профилей 5-6 (или возможно к юго-западу от профиля 5). В его пределах рекомендуется пробурить 5-10 скважин на горизонтах 300-400 м. На северо-востоке рудного поля, где предположительно находился источник рудоносных флюидов, рекомендуется особое внимание уделить участку Большому, в пределах которого известна продуктивная золото-серебряная минерализация в пострудных кварц-карбонатных жилах. Не исключено, что эта минерализация является переотложенной из скрытых рудных тел (аналог рудной зоны IX Лунного месторождения (Рыжов и др., 2000)). В пользу верхнерудного уровня эрозионного среза дополнительно свидетельствует преобладание минералов серебра над золотом в рудах участка Большого. 3.Помимо основной рудоносной зоны рекомендуется провести поиски других скрытых рудоносных зон в пределах рудного поля: в первую очередь - двух скрытых потенциально рудоносных структур на водоразделе рр.Марьяж и Мизинец. Кроме того, рекомендуется заверить глубокие горизонты участка Биркачан-1. Скрытые рудные тела могут экранироваться надвигом под телом субвулканических риолитов. Однако учитывая неблагоприятный состав метасоматических изменений и достаточно глубокий уровень эрозионного среза, этот участок следует отнести ко второй очереди. 4.Необходимо использовать палеогидротермальную модель формирования Биркачанского месторождения на участке Магнитном, учитывая, что на обоих объектах проявлена сходная золото-серицит-кварцевая минерализация. Если предположить, что рудные тела на участке Магнитном также имеют лентовидное распределение в плоскости регионального рудоконтролирующего разлома северо-восточного простирания, а центральная часть рудного поля характеризуется нижнерудным-подрудным уровнем эрозионного среза (по эпидот-содержащим низко-среднетемпературным пропилитам, золото-серебряному отношению в рудах Au/Ag l), то наиболее перспективны для поисков скрытых рудных тел его северо-восточный и юго-западный фланги. Северовосточный фланг рудного поля находится в условиях наименьшего эрозионного среза, в его пределах развита корбинская свита, служащая экраном при рудоотложении. На флангах рудного поля, если подтвердится лентовидное распределение рядовых штокверковых руд, необходимо попытаться выявить глубжезалегающие богатые рудные тела минерализованных брекчий. На достаточно высокий уровень концентрации золотой минерализации в ожидаемых скрытых рудных телах (десятки-сотни г/т золота) могут указывать высокие содержания золота в единичных жилах центрального блока рудного поля, сохранившихся на наиболее высоких гипсометрических отметках, и наличие отработанных россыпей золота. При заверке этих участков предлагается использовать минералогические и геохимические критерии эрозионного среза, выявленные на месторождении Биркачан. 5.Методические рекомендации включают в себя использование критериев и признаков, разработанных при изучении геологического строения месторождения, вещественного состава руд и метасоматических изменений (разд.4.2). Таким образом, прогнозно-поисковые критерии и признаки однотипных месторождений в пределах Омолонского массива включают: а) слабоэродированные девонские вулкано-тектонические депрессии; б) крутопадающие долгоживущие региональные рудоконтролирующие разломы северо-восточной ориентировки; в) крупноамплитудные надвиги, предположительно играющие роль структурных экранов; г) линейные зоны аргиллизации с наложенными серицит-сидерит-пирит-кварцевыми изменениями ;д) диккит-каолинит-кварцевые метасоматиты; е) золотоносные штокверки и минерализованные зоны дробления золото-серицит-кварцевого состава. Предлагаются следующие практические рекомендации: 1) заверить прогнозируемые богатые рудные тела на глубоких горизонтах несколькими дополнительными скважинами глубиной 400-800 м; 2) продолжить разбуривание основной рудной зоны на северо-восток и юго-запад от известных рудных тел, заверить предположение о приуроченности богатых руд к участкам понижения палео-уровня грунтовых вод; 3) провести поиски других скрытых рудоносных зон в пределах рудного поля.
