Содержание к диссертации
Введение
1. Особенности геологического строения и типы рудной минерализации месторождения Кайрагач 9
1.1. Геологическая позиция и строение месторождения Кайрагач 9
1.2. Рудная минерализация и ее типы 11
2. Минералого-геохимические особенности руд 20
2.1.Минералогия руд 20
2.1.1. Общая характеристика 20
2.1.2 Минеральные ассоциации и последовательность минералообразования 23
2.1.3. Типоморфные особенности основных рудных минералов 29
самородные элементы 29
пирит 39
блеклые руды 45
висмутовые и сурьмяные сульфосоли 54
теллуриды и сепениды 61
сульфостаннаты 70
2.2 Минералого-геохимическая зональность 72
Выводы 79
3. Условия формирования руд месторождения Кайрагач 80
3.1 Р-Т-п ара метры и состав минералообразующего флюида 80
3.2 Распределение стабильных изотопов 91
3.3 Об источниках воды в минералообразующем флюиде 102
Выводы 105
4. Факторы осаждения Аи 106
4.1. Программный комплекс Гиббс 106
4.2. Термодинамический расчеты 107
4.3. Возможные факторы и механизмы осаждения Аи 108
5. Сравнительная характеристика эпитермальных месторождений благородных металлов Кураминского золоторудного района 114
Заключение 118
Практическое значение полученных результатов 121
Списоктаблиц 123
Список рисунков 124
Список литературы 126
- Рудная минерализация и ее типы
- Минеральные ассоциации и последовательность минералообразования
- Распределение стабильных изотопов
- Термодинамический расчеты
Введение к работе
Актуальность темы
В последние годы наиболее значительный прирост ресурсов золота в мире вызван введением в эксплуатацию эпитермальных золоторудных месторождений. Между тем, в нашей стране в балансе добычи золота роль таких месторождений невелика, хотя в отдельных регионах они играют или играли заметную роль. Это, прежде всего, месторождения Балей (Забайкалье), Дукат, Кубака, Купол, Джульетта, Карамкен, Ньявленга, Орча (северо-восток России), Многовершинное, Покровское, Белая Гора (Приамурье), Агатовское, Мутновское, Родниковое, Озерновское (Камчатка). В связи с широким развитием на территории России вулканоплутонических областей, образовавшихся в широком временном диапазоне- от протерозоя до неогена- вполне возможно обнаружение новых объектов эпитермального типа, в том числе и крупных.
Этим определяется актуальность выбора в качестве объекта исследований эпитермального золоторудного месторождения Кайрагач, которое достаточно хорошо вскрыто подземными горными выработками и скважинами и на котором можно проследить закономерности изменения минерального и геохимического состава руд почти по всему вертикальному размаху оруденения.
В мировой литературе эпитермальные месторождения принято подразделять на два основных генетических типа - кислотно-сульфатный, или высоко-сульфидизированный и адуляр-серицитовый, или низко-сульфидизированный, которые различаются степенью окисленности и кислотности гидротермальных минералообразующих растворов (Heald et al., 1987; White, Hedenquist, 1990).
Месторождения кислотно-сульфатного типа приурочены, как правило, к сложным вулканическим постройкам - стратовулканам, кальдерам, выполненным вулканитами известково-щелочной серии кислого или среднего состава и характеризуются глубинами формирования преимущественно от 500 до 2000 м. В рудах таких месторождений обычно наблюдаются высокие соотношения Au/Ag и повышенные содержания меди. Рудная минерализация в них, как правило, вкрапленная, пожилково-вкрапленная, широко распространен пирит, присутствуют энаргит, люцонит, голдфилдит. Гидротермальные изменения представлены серицитизацией и алунитовыми или каолинитовыми кварцитами. Флюиды, ответственные за формирование таких месторождений, обычно имеют магматическое или смешанное метеорно-магматическое происхождение. Они, как правило, характеризуются широкими вариациями солености и низкими рН за счет присутствия HCI и S042". Температуры рудообразования варьируют от 100 до 320С. На поздних стадиях флюиды могут нейтрализовываться за счет взаимодействия с вмещающими породами или разбавления метеорными водами (White, Hedenquist, 1990). Примерами месторождений такого типа могут служить Саммитвилл, Голдфилд (США), Пуэбло-Вьехо (Доминиканская Республика), Озерновское (Россия) и другие.
Месторождения адуляр-серицитового типа формируются на большем удалении от магматического источника (преимущественно на глубине от 0 до 1000 м) и далеко не всегда имеют выраженную связь с магматизмом. Руды этих месторождений характеризуются, как правило, низкими соотношениями Au/Ag и высокими содержаниями Си и Zn. Из метасоматитов на них развиты серицитизация или аргиллизация, рудная минерализация приурочена к жилам выполнения или зонам брекчирования пород; из жильных минералов наиболее типичными являются халцедон и адуляр. Такие месторождения образуются за счет слабосоленых флюидов метеорного или смешанного метеорно-магматического происхождения, как правило, нейтральных или слабощелочных; характерны явления вскипания флюидов. (White, Hedenquist, 1990). По своим генетическим особенностям к адуляр-серицитовому типу близки золото-теллуридные эпитермальные месторождения, которые, характеризуются тесной связью с магматизмом повышенной щелочности, своеобразными геохимической (Te-V-F) и минеральной (теллуриды, флюорит, роскоэлит, ванадийодержащие сульфиды) ассоциациями, что позволило некоторым исследователям рассматривать их в рамках особого золото-теллуридного или "щелочного", А-типа (от Alcalic-type) (Bonham, 1986; Richards, 1995). Примерами месторождений низкосульфидизированного типа являются Банска Штъявница (Словакия), Балей (Россия), Комсток, Крид (США) и другие.
В настоящее время эпитермальные месторождения изучены довольно подробно, но, несмотря на это, многие важные вопросы, такие как: характер связи эпитермальной минерализации с магматизмом, вариации физико-химических параметров минералообразования, соотношение метеорного, магматического и корового источников флюидов и рудогенных компонентов, продолжительность рудообразующего процесса, факторы и механизмы формирования высоких концентраций золота, роль активностей серы, селена и теллура пока раскрыты недостаточно полно.
Выявление условий образования эпитермальных месторождений золота, выяснение механизмов образования наиболее богатых золотых руд и закономерностей распределения полезных компонентов на месторождении являются актуальными научными проблемами, решение которых позволит выявить и разработать прогнозно-поисковые и оценочные критерии для эпитермального оруденения.
Цели и задачи исследований Основной целью настоящей работы являлось выяснение минералого-геохимических особенностей руд месторождения Каирагач, условий их формирования, источников рудообразующего флюида, а также закономерностей концентрирования золота в рудах месторождения. Реализация этой цели предусматривала последовательное выполнение следующих задач:
Выявить последовательность минералообразования на месторождении.
Определить типоморфные особенности основных рудных минералов месторождения.
Установить минералого-геохимическую зональность на месторождении.
Определить физико-химические параметры рудообразования.
Выяснить источники рудообразующих флюидов.
Оценить возможные формы переноса золота в растворе и факторы, вызывающие его осаждение.
Методы исследования и фактический материал
Изучение месторождения Каирагач было начато автором в 1997 года при работе над магистерским дипломом на тему «Геологическое строение месторождения Каирагач и минералого-геохимическая зональность рудной зоны Диабазовая», защита которого состоялась 1997 году. Исследования были продолжены в период обучения в аспирантуре и дальнейшей работы в секторе минераграфии Лаборатории рудных месторождений ИГЕМ РАН в течение 1998-2003 гг.
Изучение более 300 полированных шлифов. Выполнено более 300 микрорентгеноспектральных анализов (микроанализаторы: MS-46 (аналитики B.C. Малов, Н.В. Тронева), Camebax-Micro (СМ. Сандомирская) и SX-50 "Сатеса" (А.И. Цепин). Методами термр- и криометрии совместно с аналитиками Прокофьевым В.Ю. и Грозновой Е.О. изучено 40 пластинок (термокриокамера Linkam THMSG-600). Газовый и анионный состав флюидных включений из 5 образцов определен в ГЕОХИ РАН аналитиками Мироновой О.В. и Савельевой Н.И. (газовый хроматограф «ЦветЮОМ» и ионный хроматограф «Цвет 3006»). Проведено более 100 определений изотопного состава серы, кислорода, углерода и водорода (аналитики Носик Л.П., ИГЕМ РАН и Покровский Б.Г., ГИН РАН).
При подготовке работы была использована систематизированная коллекция геологических образцов пород и руд месторождения Каирагач, отобранных по скважинам и горным выработкам в интервале от поверхности (около 1500 м) до глубины 1000 м.
Научная новизна и практическое значение работы
Существенно расширены сведения о минеральном составе руд. Впервые предложена схема последовательности минералообразования на месторождении и охарактеризована минералого-геохимическая зональность руд. . Установлены типоморфные особенности основных рудных минералов месторождения (самородного золота, пирита, блеклых руд, сульфосолей, теллуридов и селенидов) и охарактеризованы изменения этих особенностей как во времени, так и в пространстве. Впервые установлены Р-Т- параметры и состав минералообразующего флюида месторождения, определены особенности изотопного состава жильных и рудных минералов и источники воды и серы во флюиде. Также впервые описаны возможные факторы и механизмы концентрирования золота в рудах месторождения Кайрагач и установлены причины возникновения богатых и рядовых руд и причины их распределения на месторождении Кайрагач.
Полученные данные о флюидном режиме и источниках флюидов, о механизмах и способах образования руд, физико-химических моделях переноса и осаждения золота предлагается использовать как составную часть генетической модели эпитермального рудообразующего процесса. Кроме того, закономерный характер распределения минералого-геохимической зональности, установленный на месторождении может быть полезен для разработки пронозно-оценочных критериев при разведке месторождений или рудопроявлений, сходных по своим характеристикам с месторождением Кайрагач.
Апробация работы Результаты исследований и основные положения диссертационной работы неоднократно представлялись на многих региональных, всероссийских и международных совещаниях, симпозиумах, конференциях и семинарах: VIII научных чтениях памяти И.Ф. Трусовой (Москва, 1998г.), международном симпозиуме "Минералообразующие флюиды и рудогенез" (Ташкент, 1998г.), научной конференции "Золоторудные месторождения Узбекистана" (Ташкент, 1998), на годичной сессии ВМО «Роль минералогии в развитии минерально-сырьевой базы благородных металлов и алмазов XXI века» (Москва, 1998г.), IX съезде минералогического общества при РАН "Минералогическое общество и наука на пороге XXI века" (Санкт-Петербург, 1999г.), годичной сессии МО при РАН «Минералогия- основа комплексного использования руд» (Санкт-Петербург, 2001), X Международной конференции по термобарогеохимии (Александров, 2001г.), XVI симпозиуме по геохимии изотопов имени академика А.П. Виноградова (Москва, 2001 г.), Всероссийской научной конференции «Геология, Геохимия, Геофизика на рубеже XX и XXI веков», посвященной 10-летию РФФИ, Москва, 2002), Всероссийском Симпозиуме «Геология, генезис и вопросы освоения комплексных месторождений благородных металлов» (Москва, 2002 г.). По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе в академических журналах и сборниках.
Структура и объем работы
Диссертация состоит введения, пяти глав и заключения. Общий объем работы составляет 130 страниц, 34 фигуры, 24 таблицы. Список литературы включает 60 наименований.
Благодарности
Работа выполнена в Секторе минераграфии Лаборатории рудных месторождений под руководством доктора геолого-минералогических наук Коваленкера В.А., которому автор выражает глубокую признательность. Автор благодарит ИГЕМ РАН Прокофьева В.Ю., Генкина А.Г., Добровольскую М.Г., Краснова А.Н., Новикова И.А., Носика Л.П., Русинова В.Л. (ИГЕМ РАН), Гертмана Ю.Л. и Поморцева В.В.(ГГП Ташкентгелогия) и Конеева Р. И.(Национальный университет Узбекистана), оказавших содействие в работе над диссертацией, а также Цепина А.И., Грознову Е.О, Носика Л.П. (ИГЕМ РАН), Миронову О.В. и Савельеву Н.И. (ГЕОХИ РАН) и (Покровского Б.Г. (ГИН РАН) за выполненные анализы.
Основные защищаемые положения
1. Эпитермальная минерализация месторождения Кайрагач сформировалась в течение четырех стадий: 1) стадии предрудных метасоматитов, 2) ранней рудной (золото-пирит- кварцевой), 3) основной рудной (золото-блеклорудно-сульфосольно-теллуридной), 4) пострудной (кварц-карбонат-баритовой). В распределении рудной минерализации проявлена минералого-геохимическая зональность (в т. ч. скрытая), связанная со стадийностью и фациальностью рудообразующего процесса. Стадийная зональность выражена в смене минеральных ассоциаций ранней рудной стадии ассоциациями основной рудной стадии (золото-кварц-баритовой, сульфосолей висмута, теллуридов, блеклых руд) в направлении к центрам рудных тел, а фациальная - в развитии голдфилдита и фаматинита на верхних горизонтах, самородного теллура на нижних, уменьшении в этом направлении Ag/Au отношения, существенном увеличении содержаний Те и Se и величины Te/Se Скрытая зональность выражена в увеличении пробности самородного золота и в уменьшении содержаний Ад, Те и Ві в блеклых рудах с глубиной.
Многостадийное формирование руд месторождения Кайрагач происходило в интервале глубин от 200-300 м до 1-1.5 км на фоне периодических вскипаний флюида из минералообразующих растворов хлоридно-натриевого состава при температурах 300-120С. От ранних к поздним стадиям рудообразующего процесса флюиды эволюционировали от ультракислых и кислых относительно низкосоленых (<6 мас.% NaCI-экв.) до нейтральных и субщелочных умеренносоленых (6-12 мас.% NaCI-экв.).
Изотопный состав минералообразующего раствора свидетельствует о его происхождении в результате взаимодействия вод магматической и метеорной природы с вмещающими вулканитами андезито-дацитового состава при низком (<0.1) отношении вода/порода и температурах 200-300С. Эволюция изотопного состава флюида выражалась в увеличении 8180 воды и в уменьшении 534S H2S от начала к концу минералообразующего процесса.
Максимальное количество высокопробного самородного золота в рудах месторождения Кайрагач отложилось в результате распада гидросульфидного комплекса в температурном интервале 250-125С в кислой среде при формировании ранних минеральных ассоциаций основной рудной стадии. Одним из главных факторов осаждения золота явилось охлаждение минералообразующего раствора по мере удаления от источника тепла. Снижение общего количества золота в более поздних ассоциациях могло быть обусловлено нейтрализацией флюида при его взаимодействии с вмещающими породами.
Рудная минерализация и ее типы
Рудная минерализация на месторождении Кайрагач концентрируется в четырех контролируемых тектоническими нарушениями протяженных (3-5 км) зонах окварцевания СВ простирания: Диабазовой (Кайрагачской), Первой, Чукуркатанской и Бедренгетской (фиг. 1.3). Промышленное оруденение пока выявлено только в двух из них - зонах Диабазовая и Первая. Основной, наиболее рудоносной и детально изученной, является зона Диабазовая (простирание 50, падение на ЮВ под углами от 10 до 75-80), с которой в настоящее время связана большая часть запасов золота данного месторождения. Эта зона располагается в пределах северного контакта Кайрагачского субвулканического штока андезитовых порфиритов. Осевая часть зоны представляет собой сложно построенный ветвящийся по восстанию пучок тесно ассоциирующих с дайками диабазовых порфиритов (мощностью 0.5-15 м кварцевых, кварц-баритовых и баритовых жил, линзовидных, прожилковидных и брекчиевых тел с гнездовой, вкрапленной и прожилково-вкрапленной рудной минерализацией (фиг.1.4). Вмещающие вулканиты и диабазовые порфириты интенсивно окварцеваны, серицитизированы и пиритизированы. Нередко в измененных диабазовых порфиритах в контакте с рудной минерализацией фиксируется повышение содержаний золота, серебра и других металлов, что может указывать на дорудный возраст даек (Коваленкер, Гейнке, 1984). Как можно видеть на фиг. 1.5, в верхней части зоны Диабазовая крутопадающие жилы, прожилки, зоны окварцевания и дайки диабазовых порфиритов переходят в систему пологих минерализованных структур. Суммарная мощность зоны Диабазовая в нижней части разреза составляет 10-40 метров, в верхней - возрастает до 60-80 метров (фиг.1.5).
В структуре зоны Диабазовая выявлено несколько пологих и крутопадающих рудных тел с промышленными содержаниями золота (№№ 3, б, 8, 21; фиг.1.5, а). В плоскости вертикальной продольной проекции промышленная часть рудных тел представляет собой рудные столбы грибовидной формы с расширением в верхних частях, при этом контур развития промышленных руд склоняется на юго-запад, в сторону Караташского разлома. На глубине 300-400 м от поверхности оруденение ограничено зоной альпийского Шаугазского (или Ангренского) надвига и, так называемым, Ограничивающим разломом. Рудные тела имеют жилообразную форму, с пережимами и раздувами (фиг.1.4). В настоящее время рудные тела зоны Диабазовая вскрыты восемью штольневыми горизонтами и разведочными скважинами и прослежены в интервале почти 500 м - от поверхности (абс. отметка 1450 м над у.м.) до 1000 м на горизонте шт.12 (фиг. 1.5, a), (Islamov et. al., 1999). В пределах этой зоны интенсивность проявления рудной минерализации возрастает в участках смены пологого (15-25) залегания зоны на крутопадающее (Коваленкер, Гейнке, 1984). Рудная минерализация сосредоточена в основном в участках ветвления и раздува диабазовых даек. Кроме того, самородное золото и сульфиды, главным образом блеклая руда, пирит и халькопирит, иногда висмутове сульфосоли, присутствуют также в монокварцитах, выполняя в них вместе с кварцем и другими жильными минералами пустоты и каверны в пористом кварце.
В контурах зоны Первая также выявлено промышленное золото-серебряное оруденение, располагается грубо параллельно зоне Диабазовая, к юго-востоку от нее (фиг.1.4). Оруденение здесь приурочено к кварцевым жилам (№№ 1 и 2), имеющим сложное строение с раздувами и пережимами по падению и простиранию, часто переходящих в зоны прожилкового окварцевания. В жиле №1 оконтурено рудное тело №26, представленное вкрапленностью и гнездовидными выделениями пирита, халькопирита, блеклой руды и, в меньшей степени, галенита в бело-сером мелкозернистом кварце и/или окварцованных вулканитах. Количество сульфидов здесь обычно составляет 5-10 об.%. Промышленные содержания золота и серебра в этом рудном теле приурочены к узкому рудному столбу, имеющему в плоскости жилы № 1 пологое склонение на северо-восток. Выявленная в этой жиле рудная минерализация вследствие незначительных запасов золота и низких, как правило, его концентраций пока рассматривается как забалансовая. В то же время, эта минерализация по составу резко контрастирует с оруденением зоны Диабазовая: в ней отсутствуют минералы висмута, селена и теллура, но развиты не характерные для руд зоны Диабазовая сульфиды и сульфоантимониты серебра. Прямые соотношения золото-серебряной минерализации Первой зоны с золото-сульфосольно-селенидно-теллуридным оруденением зоны Диабазовая не наблюдались, поэтому пока трудно судить об относительном времени их формирования и наличии генетических связей между ними. В то же время, отмеченное совмещение в пространстве (как, возможно, и во времени) кислотно-сульфатной (высоко-сульфидизированной) золото-сульфосольно-селенидно-теллуридной и адуляр-серицитовой (низко-сульфидизированной) золото-серебряной эпитермальнои минерализации, также как наличие в пределах месторождения Кайрагач других рудных зон (Чукуркотан, Бедренгет) и обширных полей гидротермальных изменений, свидетельствует как о мощности источника, генерирующего энергию, металлы, лиганды и флюиды, так и масштабности связанной с ним рудообразующей системы. Вследствие этого, оруденение жилы №1 прежде всего интересно в генетическом аспекте, поскольку его изучение может способствовать раскрытию особенностей рудообразующей системы месторождения Кайрагач в целом. Фиг. 1.5. Распределение рудных тел в пределах зоны Диабазовая. Продольная проекция на вертикальную плоскость, (с использованием материалов Восточно-Кураминской ГРЭ) 1 - горные выработки; 2 - промышленные рудные тела; 3 -Ангренскии надвиг. /
По минеральному составу среди руд месторождения Кайрагач, локализованных в зоне Диабазовая, выделено два основных типа (Коваленкер, Гейнке, 1984). Первый, золото-кварцевый тип - это существенно кварцевые руды, количество сульфидов (преимущественно пирита) в которых обычно не превышает 3-5 об.%. Они пространственно ассоциируют с зонами монокварцитов, обладают массивной текстурой и в целом относительно низкими концентрациями полезных компонентов, хотя содержания золота в некоторых пересечениях могут достигать сотен г/т. Кварц здесь криптозернистый до кремневидного, как правило характеризуется высокой кавернозностью и пористостью, местами содержит реликты вмещающих вулканитов. Такой кварц обычно рассматривается как индикатор ультакислых (рН 2) растворов, производящих характерное для ранних стадий формирования месторождений высокосульфидизированного типа кислотное выщелачивание пород, которое приводит к выносу из них аллюминия и всех других петрогенных компонентов кроме кремнезема (White, Hedenquist, 1990). Часто, но не всегда, пустоты и каверны в таком кварце из контура золото-кварцевых руд зоны Диабазовая выполнены более поздними белым прозрачными кварцем и баритом с блеклыми рудами и разнообразной сульфидно-селенидно-теллуридной минерализацией. В этом случае, содержания таких элементов как селен, теллур, висмут, олово здесь существенно возрастают. Второй, золото-сульфидно-селенидно-теллуридный тип оруденения, представлен жильными и линзовидными телами, прожилково-вкрапленными и гнездовидными скоплениями кварцевого, кварц-баритового и баритового состава с сульфидами, сульфосолями, селенидами и теллуридами, неравномерно распределенными в пределах рудной зоны как среди монокварцитов, так и среди березитоподобных образований. Эти руды играют важную роль в балансе запасов месторождения. Они характеризуются варьирующими концентрациями золота, серебра и других полезных компонентов, сложным и изменчивым минеральным составом.
По уровню концентрации золота руды зоны Диабазовая подразделены на забалансовые с содержанием золота менее 3 г/т, и балансовые, среди которых выделены рядовые (до 10 г/т Аи), богатые (от 10 доЮО г/т Аи) и бонанцевые ( 100 г/т Аи) (Коваленкер и др., 2003). Забалансовые руды обычно приурочены к окварцованным и березитоподобным околорудным породам и характеризуются преобладанием серебра над золотом и селена над теллуром (табл.1). В рядовых рудах серебра также больше, чем золота, однако теллур в них превалирует над селеном. В богатых и бонанцевых рудах золото резко преобладает над серебром, а теллур - над селеном. Участки с бонанцевыми и богатыми рудами сосредоточены главным образом в пределах рудных столбов и обычно окружены более бедной минерализацией. В бонанцевых рудах в значительных количествах присутствует барит, к которому часто приурочены выделения самородного золота, блеклых руд, теллуридов, селенидов, сульфовисмутитов и сульфостаннатов. Суммарное содержание рудных минералов варьирует в этих рудах в пределах 3-7 об.%, но в отдельных сечениях и штуфных образцах может достигать 15-20 об.% и более. Текстуры бонанцевых руд обычно гнездово-вкрапленные, прожилковые, в некоторых участках - брекчиевые или массивные.
В периферических участках бонанц количество барита продуктивных ассоциаций снижается до полного исчезновения. Он присутствует только в составе поздних секущих маломощных жил и прожилков, состоящих из барита, небольших количеств кварца и карбонатов, к которым приурочены гнездово-вкрапленные скопления галенита, сфалерита, пирита, халькопирита и тетраэдрита. Относительное количество пирита, халькопирита, галенита и сфалерита в рудах, развитых по периферии рудных столбов, возрастает, а блеклой руды - снижается. Из сульфовисмутитов преимущественно развит айкинит, из теллуридов -гессит, который находится в тесных срастаниях с халькопиритом, иногда с галенитом. Мельчайшие включения относительно низкопробного самородного золота отмечаются в галените, халькопирите, айкините и гессите.
В отличие от зоны Диабазовая, в Первой зоне распространены главным образом забалансовые, существенно кварцевые малосульфидные, золото-серебряные по составу руды, продуктивная ассоциация которых представлена электрумом, самородным серебром, сульфидами и сульфоантимонитами серебра, приуроченных главным образом к галениту, халькопириту и сфалериту.
Минеральные ассоциации и последовательность минералообразования
На основании результатов изучения текстурно-структурных особенностей руд, выделено четыре основных стадии минералобразования: стадия дорудных метасоматитов, ранняя рудная, основная рудная и пострудная (табл. 2.2).
Стадия дорудных метасоматитов, которая предшествовала собственно рудообразованию, включала формирование существенно кварцевых метасоматитов (вторичных кварцитов), пирофиллит-диаспор-каолинит-алунитовых пород типа продвинутых аргиллизитов и березитоподобных кварц-карбонат-серицитовых изменений.
Минерализация ранней рудной, или золото-пирит-кварцевой стадии, играют минералы золото-пирит-кварцевой ассоциации, представлена вкрапленностью сульфидов (в основном, пирита, менее распространенного халькопирита и редко встречающихся сфалерита и галенита с ультрадисперсными включениями самородного золота) в жильном, а также в сером метасоматическом кварце, который развивается по андезитовым порфиритам. Минералы ранней рудной стадии развиты, преимущественно, в периферийных участках рудных тел, или в виде реликтов среди образований более поздних стадий (фиг.2.1,а).
Минералы основной рудной, или золото-блеклорудно-сульфосольно-теллуридной стадии, отлагались либо непосредственно вслед за золото-кварц-пиритовой ассоциацией ранней рудной стадии, либо после образования ассоциации жильных минералов. Для основной рудной стадии характерны вкрапленные, прожилково-вкрапленные, гнездово-вкрапленные, прожилковые текстуры, в некоторых участках, обычно приуроченных к центральным участкам рудных тел, - брекчиевые, крустификационные, или массивные (фиг. 2.1). Для образований основной рудной стадии характерно широкое развитие сульфатов-главным, образом, барита, менее широко распространен гипс, а также серицит, и карбонат.
К сожалению, из-за низкого содержания рудных минералов, в рудах (как правило, 1-5%, в центральных зонах рудных тел 5-Ю, иногда до 20%) не представляется возможным выявить все возрастные соотношения минералов. Тем не менее, в рудах зоны Диабазовая в пределах основной рудной стадии удалось выделить несколько минеральных ассоциаций, как правило, близких по времени образования и часто пространственно совмещенных и построить приблизительную схему последовательности выделения минералов (таблицы 2.2 и 2.3).
Наиболее ранней минеральной ассоциацией является золото-кварц-баритовая ассоциация, которая представлена скоплениями высокопробного самородного золота в кварц-баритовых агрегатах. Иногда «а верхних горизонтах зоны Диабазовая баритовый агрегат замещает метасоматический кварц ранней продуктивной стадии, но чаще всего наблюдается почти одновременное осаждение золота, кварца и барита. На верхних горизонтах зоны
Диабазовая зафиксировано наложение золото-кварц-баритовой минерализации на метасоматический кварц ранней рудной стадии (фиг. 2.1). В этих участках часто присутствует халцедоновидный кварц, свидетельствующий о пресыщении рудного раствора кремнеземом и соосаждении золота и кварца. К такому кварцу приурочены наиболее крупные скопления самородного золота. На глубоких (+1000 и +1100 м) горизонтах кварц перекристаллизован и и выделения золота обычно выполняют межзерновые интерстиции. На верхних горизонтах эта ассоциация имеет подчиненное значение и распространена на периферии рудных тел, но на глубине она слагает бонанцевые руды. Самородное золото составляет иногда до 5% руды и представлено мельчайшими пылеватыми (от 1 до 10 мкм), реже крупными, до 100-150 мкм выделениями, которые образуют крупные скопления размером от нескольких миллиметров до первых сантиметров. Наиболее крупные золотины приурочены к центрам таких скоплений.
К числу ранних в основной рудной стадии отнесена также ассоциация голдфилдита и фаматинита, которая проявлена преимущественно на верхних горизонтах зоны Диабазовая (+1300-1340 м) и обычно представлена небольшими по размеру (до первых сотен мкм) выделений этих минералов среди барита и кварца или в виде реликтов в более минералов.
Несколько более поздней является ассоциация ранних теллуридов (алтаитом и калаверит, реже- фробергитом, колорадоитом, и другие), которая распространена повсеместно, за исключением периферических зон рудных тел. Ассоциация ранних теллуридов, как правило, приурочена к бариту, а на глубине- к кварцу. Ближе к центральным зонам рудных тел распространена ассоциация сульфосолей висмута. Сульфовисмутиты образуют небольшие игольчатые агрегаты преимущественно в барите, иногда в кварце в срастании с халькопиритом, блеклыми рудами и самородным золотом в центральных частях рудных столбов, а на периферии- с галенитом.
Относительно более поздними являются минералы висмуто-сульфоселенидной ассоциации - самородный висмут, лайтакариит, тетрадимит и другие сульфоселениды, сульфотеллуриды и сульфоселенотеллуриды, а также халькопирит, которые возникли на месте селенистых сульфовисмутитов при их разложении в результате изменения физико-химических условий среды.
Ассоциация самородного теллура пространственно совмещена с золото-теллуридной ассоциацией, но по-видимому, является относительно более поздней. Самородный теллур образует мелкие изолированные зерна среди барита или, очень редко, обрастает срастания ранних теллуридов. Иногда самородный теллур обрастается халькопиритом.
Ассоциация гессита, самородного золота и халькопирита является одной из наиболее поздних среди минеральных образований основной рудной стадии и распространена /" достаточно широко. Срастания гессита с золотом или халькопиритом приурочены, главным образом, к бариту. Ассоциация поздних блеклых руд распространена в центральных зонах рудных тел и представляет собой агрегаты блеклых руд и халькопирита, в которых присутствуют прожилки низкопробного, часто ртутистого, самородного золота, а также мекие выделения сульфостаннвтов меди и железа и касситерит. В Первой зоне минерализация рудной стадии представлена, в основном, халькопиритом, галенитом, сфалеритом и пиритом, а также сульфидов и сульфосолей серебра - акантита, ялпаита, др., которые ассоциируют с электрумом и подчиненными количествами самородного серебра. Минерализация послерудной, или кварц-карбонат-баритовой стадии, представлена маломощными жилами и прожилками, секущими продукты отложения всех предшествующих стадий. Эти жилы и прожилки помимо кварца, карбонатов и барита в ряде случаев содержат переменные количества сульфидов - в основном галенита и сфалерита, а также менее распространенных халькопирита, пирита, марказита и тетраэдрита.
Распределение стабильных изотопов
Низкие значения 834S в баритах из верхних горизонтов месторождения (+7,49, +8,26%о) могут объясняться частичным окислением сероводородной серы в результате повышения активности кислорода во флюиде за счет проникновения в систему кислородсодержащих приповерхностных метеорных вод.
Бариты основной рудной стадии на верхних горизонтах месторождения образовались в неравновесных условиях, возникших за счет вскипания флюидов, о чем свидетельствуют данные изучения флюидных включений.
Изотопное равновесие не было достигнуто из-за слишком быстрого остывания флюида вблизи поверхности. Кроме того, присутствие кальцита в составе минерализации пострудной стадии свидетельствует о нейтральных или слабощелочных условиях минералообразования (Jaireth, 1991, Zhang, Spry, 1994), в то время как состав минеральных ассоциаций основной рудной стадии (голдфилдит, калаверит) указывает на существование слабокислой или нейтральной среды. Согласно исследованиям X. Омото и А. Лазаги (Ohmoto, Lasaga, 1982), процесс сульфид-сульфатного изотопного фракционирования в нейтральной или щелочной среде идет гораздо медленнее, чем в кислой. Поэтому даже при одинаковых скоростях остывания изотопное равновесие в процессе формирования минералов пострудной стадии не было достигнуто.
Относительно узкий разброс значений 634S сульфидов и отмеченное в Кайрагаче заметное обогащение сульфатов тяжелыми изотопами серы с понижением температуры (табл. 3.3, фиг. 3.3) свидетельствуют о том, что в минералообразующем растворе доля восстановленной формы серы (H2S) преобладала над окисленными (Ohmoto, 1986; Rye, 1993). В этом случае суммарный изотопный состав флюида аппроксимируется значениями 5MS серы H2S.
Величины 534S в H2S флюида, равновесного с пиритами рудных стадий, рассчитанные для температуры 250С (Ohmoto, Rye, 1979) находятся в интервале от -2.39 до 3.61 %о (среднее 0.21 %о), а в H2S флюида, равновесного с сульфидами пострудной стадии при температуре 200С - от -4.88 до 0.87%о (среднее 0.87%о). Такие значения 534S традиционно приписываются магматическому источнику серы - (0 ± 5% ; Ohmoto, 1986). Из этого следует важный вывод о том, что сера минералообразующих растворов Кайрагача имела преимущественно магматическое происхождение, как и в большинстве других эпитермальных месторождениях (Henley, 1991).
Расчетные величины 534S в H2S флюида, равновесного с баритами, характеризуются очень широким разбросом - от -10.23 до 0.06% (среднее -4.93%о) для рудных баритов при 250С и от -22.47 до -12.49%о (среднее -16.74%о) для пострудных баритов при 200С, что плохо согласуется с данными по сульфидам. Это может объясняться или тем, что изотопное s: равновесие между восстановленной и окисленной формами серы во флюиде не всегда достигалось,или тем, что оно нарушалось в результате вскипания флюида (см. выше), или же частичным окислением серы H2S в результате повышения Ю2 флюида вследствие подтока в гидротермальную систему насыщенной кислородом метеорной воды (Ohmoto, 1986).
Серно-изотопная термометрия была использована в двух случаях, когда удалось определить изотопный состав серы в сосуществующих пирите и барите из сульфидно-кварц-баритовых прожилков пострудной стадии (обр. Кай-23; и Кай-43, табл.3.3). Температура образования была рассчитана по уравнению, приведенному в (Field, Fifarek, 1985) (Тк=2.46х103/(д-0.56)1/2 для сосуществующих пирита и барита). Расчетное значение температуры, оцененной с использованием (Field, Fifarek, 1985) уравнения фракционирования для равновесных пирита и барита, составляет 352С в образце Кай-43 и 248С в образце Кай-23; последнее значение укладывается в температурный интервал (254-150СС), установленный для этой минерализации (см. выше). Изотопы углерода. Значения 5 13С, полученные в 6 пробах карбонатов из прожилков в гидротермально-измененных (березитизированных) вмещающих андезитовых порфиритах, изменяются от -4.10 до -0.62%о (среднее -2.1%0 при п =6) относительно PDB (табл.3.3). При физико-химических параметрах эпитермального рудогенеза, когда углерод во флюидах представлен главным образом или в виде растворенной в воде углекислоты, или в виде Н2С03, различия между изотопным составом углерода карбоната и равновесного с ним флюида весьма малы и составляют менее 1%о (Field, Fifarek, 1985; Ohmoto, 1986). Поэтому интервал значений 5 13С в карбонатах весьма близко соответствует таковому в растворах, которые отложили эти карбонаты и, вероятно, может отражать вариации изотопного состава первичного источника. Установленные в карбонатах из измененных вмещающих пород Кайрагача значения 5 13С располагаются между таковыми для магматических пород, образованных в результате плавления мантийного материала (-5 ± 2 %о), и морских известняков (0 ± 4%о) (Ohmoto,Rye, 1979). Это может свидетельствовать о смешанном, ювенильно-коровом источнике углерода во флюидах, которые произвели кварц-карбонат-серицитовые изменения вмещающих андезитов. Изотопы кислорода и водорода.
Результаты определения изотопного состава кислорода в кварце (13 проб), сериците (6), барите (35), гипсе (8) ангидрите (3) и карбонатах (6), представляющих распространенные в рудных зонах Кайрагача разновременные ассоциации гидротермальных минералов, представлены в табл. 3.3. Там же помещены полученные нами ранее значения 8D (Коваленкер и др., 1994 ) для трех проб серицита из рудных тел зоны Диабазовая (обр. 554/87, 9/88 и 1185/90) (фиг. 3.5).
Можно видеть, что при значительном разбросе 8180 (относительно SMOW) минимальные значения (0.47 - 4.82, среднее 3.3%о при п = 4 ) определены в ранних высокотемпературных кварцах из жил и кварцитов, непосредственно не связанных с собственно золоторудными стадиями (обр.64/82, 108/89, 53/91 и 522/83). Для кварцев рудных ассоциаций в целом характерны более высокие содержания тяжелого изотопа кислорода и сравнительно узкий диапазон вариаций ( 8.12 - 11.44, среднее 9.65%о при п=7). Предполагаемые значения 5180 флюида, равновесного с кварцами дорудных и золоторудных ассоциаций, расчитанные соответственно для температур 300 и 250 С по известным уравнениям изотопного фракционирования (Matsuhisa et. al., 1979), лежат в интервалах соответственно от -6.39 до -2.04%о (среднее -3.57%о) и от -0.78 до 2.52%о (среднее 0.75%о).
Изотопный состав кислорода в баритах из минеральных ассоциаций основной рудной и пострудной стадий в целом сильно варьирует, но заметно не различается: в первых 5180 изменяется от -1.75 до 11.23%о (среднее 5.22%о при п = 23), во вторых - от -0.74 до 13.97%о (среднее 7.02%о при п= 13). Близость изотопных характеристик связана вероятно с тем, что температурные интервалы формирования баритов в этих ассоциациях, как было показано выше, весьма близки. Расчетные значения 6180 воды флюида, равновесного с баритами рудной и пострудной стадий, полученные при использовании уравнения фракционирования (Friedman, O Neil, 1977) для температуры 200С, соответственно изменяются от -8.37 до 4.61%о (среднее -1.4%о) и от -7.36 до 7.35%о (среднее 0.40%о). Изотопный состав кислорода гипса и ангидрита (от -4.81 до 11.78, среднее 5.55%о при п=11) хотя и укладывается в интервал вариаций 8180 баритов из пострудной стадии, но заметно обогащен тяжелым изотопом 180. При принятой температуре образования ангидрита и гипса 150С, расчетные значения 8180 воды равновесного с ними флюида должны варьировать от -23.59 до -6.85%о (среднее -13.24%о).
Термодинамический расчеты
Моделирование процесса осаждения Аи проводилось с целью выяснения возможных форм нахождения золота в растворе и условий его осаждения при формировании руд месторождения Кайрагач. Термодинамическое моделирование равновесной растворимости золота в системе Au-NaCI-C02-H2S-H20 в растворах, аналогичных по составу рудообразующим флюидам Кайрагача. Рассматривалось изменение концентраций различных форм нахождения золота в растворе в зависимости от температуры, рН и Eh. Интервалы температур и давлений, а также исходный состав системы для оценки температурной зависимости равновесной растворимости золота (взятого в избытке) были выбраны с учетом полученных ранее данных исследования флюидных включений (см выше). Было установлено, что золото в модельном растворе присутствует, главным образом, в виде комплексов AuHS0 и Au(HS)2", количество же прочих форм (Au+, Au3+, АиОН, Аи(ОН)2 , Au2(HS)2S2", AuCI2", AuCI4") незначительно. Расчет зависимости растворимости Аи от температуры (1 кг Н20, 1 М NaCI, 0.06 М С02, 0.08 М H2S, 0.02 М S02, 1 М Аи, температура от 50 до 325С, (табл. 4.2.1, фиг. 4.2.1 .а) показал что в интервале температур от 350С до 175С в растворе доминирует комплекс AuHS0, составляя до 90% всего растворенного в данном растворе золота, тогда как при более низких температурах ( 150С) в растворе преобладает комплекс Au(HS)2 (фиг. 4.2.1 а). По мере снижения температуры, начиная примерно с 250С, общая растворимость Аи резко падает (с 10 5 до 10"6 моль/кг Н20), вызывая тем самым его осаждение из раствора. Зависимость растворимости Аи от вариаций кислотности-щелочности раствора расчитывалась в интервале значений рН от 3 до 8 (Т= 250 С, 1 кг Н20, 1 М NaCI, 0.06 М С02, 0.08 М H2S, 0.02 М S02, 1 М Аи, фиг.4.2.1 б). Установлено, что в при рН от 3 до 4 в растворе преобладает комплекс AuHS0, содержание Аи составляет около 1x10"5 моль/кг Н20 и остается постоянным. Повышении щелочности до рН = 6.5 (например, вследствие отделения кислых газов при кипении флюида) растворимость Аи возрастает более, чем на порядок и его содержание увеличивается до 1.6х10"4 моль/кг Н20. Дальнейшее увеличении щелочности раствора (до рН = 8) приводит к падению растворимости Аи до исходного значения. При этом в растворах с рН 4.5, основной формой нахождения золота является комплекс Au(HS)21(. Влияние окислительного потенциала (Eh) на растворимость Аи оценивалось для интервала значений H2S/S02 от 0.1 до1.0 (Т= 250 С, 1 кг Н20, 1 М NaCI, 0.06 М С02 1 М Аи, фиг. 16). Результаты расчетов (фиг. 16 в) показывают, что при изменении Eh от 0.3 (H2S/S02 = 0.1) до -0.01 (H2S/SO2=0.6) концентрация Аи в растворе падает на четыре порядка от 10"1 до 10"5 . Дальнейшее уменьшение Eh, вплоть до -1.2 (H2S/SO2=10), не приводит к реальному изменению растворимости. При этом, в растворе с Eh до 0.005 (H2S/SO2=0.4) преобладают хлоридные (AuCI2" и AuCLf) и гидрооксидные (АиОН) формы, в других случаях доминирует комплекс AuHS0. 4.3. Возможные факторы и механизмы осаждения Аи Полученные результаты термодинамического моделирования позволяют сделать вывод о том, что основное количество золота высадилось из раствора при распаде комплекса AuHS0 в температурном интервале 250 ... 125С , который хорошо согласуется с температурой формирования зоотоносных минеральных ассоциаций основной рудной стадии. Менее богатые золотом ассоциации ранней рудной стадии были образованы, в основном, при распаде комплекса Au(HS)2 и, частично, комплекса AuCI2" в относительно высокотемпературных условиях (300 ... 250С), соответствующих температурному режиму этой стадии. Таким образом, что одним из основных факторов осаждения золота при формировании продуктивных ассоциаций руд месторождения Кайрагач явилось охлаждение минералообразующего раствора. В соответствие с рассмотренными выше результатами изучения минералого-геохимической зональности и серно-изотопными данными обстановка минералообразования на месторождении Кайрагач изменялась от относительно восстановительной (H2S S02, Eh 0) на глубоких уровнях до высокоокислительной (на что указывает высокая степень окисления Те4+ в составе голдфилдита) на приповерхностных горизонтах. На фиг. 4.2.1 в) видно, что при Eh 0 растворимость золота в модельном растворе практически не изменяется, из чего следует, что по крайней мере на глубоких горизонтах изменения Eh на осаждение самородного золота на месторождении не влияли. Существенный рост растворимости Аи в модельном растворе при повышенных Eh (фиг. 4.2.1 в), по-видимому, объясняет факт уменьшения содержаний золота в рудах, образованных в более окислительных условиях, то есть в направлении к верхним частям месторождения. В то же время, согласно результатам анализа минеральных парагенезисов, минерализация ранней рудной стадии, а также ранние ассоциации основной продуктивной стадии формировались в кислой среде, при рН = 2-4, тогда как поздние ассоциации это стадии - в обстановках от слабокислых до нейтральных. Увеличение растворимости золота при увеличении рН в модельном растворе согласуется с тем, что золотом обогащены, главным образом, ранние минеральные ассоциации основной рудной стадии (золото-кварц-баритовая, ассоциация ранних теллуридов и т.д), а не поздние (висмуто-селенидная ассоциация или ассоциация тетраэдрита) формирование которых происходило при умеренных рН. Таким образом, минерализация ранней рудной месторождении Кайрагач стадии (золото-кварц-пиритовая ассоциация) сформировалась при кислых рН (2-4) и относительно высоких температурах (300-250СС) в восстановительных условиях. Золото осаждалось, в основном, при распаде комплекса Au(HS)2 и, частично, комплекса AuCI2" в результате остывания флюида. Это могло быть результатом удаления от источника тепла и контактом с вмещающими породами. Приповерхностные минеральные ассоциации основной рудной стадии (асоциация голдфилдита и фаматинита) образовались в окислительных условиях, важным фактором осаждения золота здесь являлось охлаждение флюида, которое могло быть вызвано его кипением в ответ на падение давления или смешением с более холодными подземными водами. В то же время, осаждению золота препятствовала высокоокислительная обстановка, которая была, возможно, вызвана проникновением кислород-содержащих метеорных вод. Наиболее богатые золотом минеральные ассоциации основной рудной стадии образовались при умеренных температурах (250 - 125С) и кислых рН в восстановительных условиях; золото при этом высадилось из раствора, главным образом, при распаде комплекса AuHS0. Таким образом, можно сделать вывод о том, что охлаждение рудообразующего флюида и являлось наиболее существенным фактором концентрирования самородного Аи в процессе формирования руд месторождения Кайрагач. Основное количество золота высадилось из раствора при распаде комплекса AuHSc в температурном интервале 250 ... 125СС. Одним из основных факторов осаждения золота при формировании продуктивных ассоциаций руд месторождения Кайрагач явилось охлаждение минералообразующего раствора, вызванное остыванием флюида по мере удаления от источника тепла, его кипением в ответ на падение давления, и его смешением с более холодными подземными водами.
