Содержание к диссертации
Введение
Глава первая Теоретические основы палеогеодинамического анализаи методы исследований 14
1.1. Анализ региональных факторов (базовые положения) 14
1.2. Изучение глубинного строения недр рудных районов и провинций 17
1.2.1. Спектрально-корреляционный анализ гравиметрических полей(метод «Гравискан»: общие и частные вопросы) 17
1.2.2. Методика построения геолого-геофизических моделей 19
1.3. Методы изучения локальных структур 20
1.3.1. Морфометрический анализ структур рудных полей и месторождений(общие положения) 20
1.3.2. Методика построения морфоструктурных планов и моделей рудных полей и месторождений, локализованных в линейных зонах разломов 21
1.3.3. Методика построения морфоструктурных планов и моделей рудных полей и месторождений, локализованных в изометричньгх объемах горных пород 22
1.3.4. Алгоритм расчета палеотектонических напряжений 23
Глава вторая Положение крупных металлогенических провинций в региональных структурах центральной азии 34
2.1. Урал-Казахстано-Средне-Азиатский регион 35
2.2. Восточно-Сибирский регион 49
2.3. Прогнозно-металлогенические аспекты региональных исследований 57
2.4. Выводы 58
Глава третья Северо-казахстанская палеозойская ураноносная провинция 60
3.1. История становления, геология, металлогения 60
3.2. Глубинное строение недр 79
3.3. Гео лого-структурные, палеотектонические и тектоно физические условия формирования месторождений урана 95
3.3.1. Положение месторождений в рифтогенных структурах 95
3.3.2. Месторождения урана Шатской зоны разломов 98
3.3.3. Агашское месторождение Mo-U руд 107
3.3.4. Месторождения урана Володарской зоны разломов 112
3.3.5. Аксу-Маныбайское Au-U рудное поле 118
3.3.6. Тушинское месторождение Mo-U руд 128
3.3.7. Викторовское месторождение Mo-U руд 135
3.4. Выводы 141
Глава четвертая Стрельцовская группа месторождений урана (Восточное Забайкалье) 145
4.1. Геолого-структурные и палеотектонические условия рудообразования 145
4.2. Результаты компьютерного моделирования палеотектонических полей напряжений 154
4.3. Выводы 159
Глава пятая Центрально-кызылкумская палеозойская золоторудная провинция 161
5.1. Горные массивы Тамдытау, Букантау, др.: стратиграфия, магматизм, палеотектоника, металлогения 164
5.2. Мурунтауское Аи рудное поле 171
5.2.1. Основные черты геологического строения 171
5.2.2. Золотоносные зоны месторождений Мурунтау и Мютенбай 176
5.2.3. Прочностные свойства геологической среды 181
5.2.4. Рудоконтролирующие структурно-тектонические формы восточной части Мурунтауского Au-рудного поля 183
5.2.5. Тектонофизическая модель формирования золоторудных мегаштокверков 189
5.3. Выводы 193
Глава шестая Северное забайкалье 197
6.1. Тектоника и металлогения 197
6.2. Бодайбинский горнорудный район 202
6.3. Нечерский горнорудный район 208
6.3.1. Тектоника и золотоносность Ходоканского Au-рудного поля 208
4 6.3.2. Геолого-структурные и палеотектонические условия формирования уранового оруденения 220
6.4. Выводы 233
Глава седьмая Геолого-геофизические модели урановорудных районов на щитах 235
7.1. Рудный район Волластон (Канада) 235
7.2. Урановорудные районы Украинского кристаллического щита (УКЩ) и Воронежского кристаллического массива (ВКМ) 241
7.2.1. Геолого-геофизическая модель Сарматского кратона (геоблоков ВКМ и УКЩ) 241
7.2.2. Геолого-геофизическая модель Анненской потенциально рудоносной площади ВКМ 247
7.2.3. Геолого-геофизическая модель Бобровского участка Анненской потенциально рудоносной площади ВКМ 251
7.3. Геолого-геофизические модели недр Бодайбинского и Нечерского горнорудных районов Северного Забайкалья 258
7.4. Палеогеодинамические факторы эндогенного уранового рудообразования 262
7.5. Выводы 251
Заключение 267
Литература 271
- Восточно-Сибирский регион
- Месторождения урана Шатской зоны разломов
- Результаты компьютерного моделирования палеотектонических полей напряжений
- Основные черты геологического строения
Введение к работе
Актуальность проблемы. После распада СССР и потери основных источников уранового сырья (Украина, Казахстан, Средняя Азия) перед Россией возникла необходимость создания минерально-сырьевой базы U, включая северные территории Центральной Азии - Зауралье, Восточно-Сибирский регион, в том числе, южную периферию Сибирской древней платформы и её фанерозойское складчатое обрамление. Проблема создания сырьевой базы U возникла в условиях острого недостатка финансов для развития поисковых работ, что обусловило необходимость разработки новых нетрадиционных малозатратных методологических подходов и приемов при прогнозировании урановорудных объектов различного иерархического уровня.
В настоящий момент единственным источником природного урана для атомной энергетики России являются мезозойские жильно-штокверковые месторождения U Урулюнгуевского (Стрелыювского) района в Восточном Забайкалье (Стрелыювское, Антейское, др.) - крупные, но которые интенсивно отрабатываются с начала 70-х годов прошлого века. В результате их эксплуатации исчерпаны объемы под добычу открытым способом, значительно ухудшилась структура активных запасов по качеству руд. Дополнительные ресурсы имеются в Зауралье, Западной Сибири и Бурятии, где известны «песчаниковые» месторождения с низкими содержаниями U, пригодные для скважинного подземного выщелачивания. Однако, в целом, эти месторождения недостаточно масштабны для полной компенсации погашаемых запасов Стрельцовского U-рудного узла. Выявление в восточной части Центральной Азии или на Русской платформе новых крупных эндогенных месторождений урана с богатыми рудами (известных промышленных типов или нетрадиционных) могло бы в существенной мере разрешить проблему нарастающего дефицита добычи природного урана в России, расширить его минерально-сырьевую базу.
Эффективность прогнозно-поисковых работ зависит от многих условий, в первую очередь от полноты учета геологических факторов, которые определяют рудогенез. Несмотря на огромные достижения в исследовании геологических обстановок формирования эндогенных месторождений урана, палеогеодинамические факторы (движущие силы, причины) данного процесса далеко не выяснены. Не охарактеризованы связи эндогенного уранового рудообразования с определенным типом (типами) палеотектоники, с глубинными структурами, силовыми полями напряжений; не достаточно изучены механизмы образования ураноносных палеоструктур, причины их сохранности и разрушения. Вместе с тем, выяснение данных факторов важно как в теоретическом, так и в практическом отношениях: для понимания палеоусловий, создававших предпосылки и конструировавших урановое
оруденение, влиявших на его сохранность, разрушавших и/или переотлагавших урановорудные концентрации; для совершенствования научных основ прогнозирования и стратегии поисков эндогенных месторождений урана на территории России.
Исследования, проведенные в диссертационной работе, посвящены вопросам: 1) изучения механизмов формирования рудоносных палеоструктур на базе концепции тектоники плит, комплексного анализа геолого-геофизического материала, 2) образования, сохранности и разрушения эндогенных месторождений урана в различных палеотектонических обстановках, 3) установления связей (пространственных, генетических) эндогенного уранового рудообразования с глубинными неоднородностями земной коры (региональными «очагами» разуплотнения континентальной коры, морфоструктурами рельефа поверхности Мохоровичича, участками избытка и дефицита масс), силовыми полями тектонических напряжений — факторами, определяющими позицию в складчатых поясах и металлогенических провинциях рудных районов, узлов (полей), продуктивность и морфологию U-рудных зон и тел, 4) разработки теоретических основ и методических приемов палеогеодинамического (в том числе тектонофизического) анализа ураноносных палеоструктур, 5) совершенствования методологии поисков эндогенных месторождений урана в складчатых поясах и на щитах. Выяснение данных вопросов является весьма актуальным, поскольку связано с решением вышеуказанной проблемы.
Цель исследований - совершенствование научных основ прогнозирования и стратегии поисков эндогенных месторождений урана на территории России.
Задачи исследований. Для достижения цели необходимо было решить следующие группы задач: 1) разработать методические приемы палеогеодинамического и тектонофизического анализов ураноносных палеоструктур, 2) обобщить материалы по глубинному строению недр рудоносных территорий Казахстана, Средней Азии, а также ряда регионов России; выделить в их пределах элементы неоднородности земной коры, с которыми связаны рудные таксоны рангов провинция, район, узел (поле), дать геологическую оценку выявленным элементам неоднородности, 3) в районах со сложной металлогенией: а) изучить геологическое строение урановорудных и комплексных золото-урановорудных узлов (полей), геолого-структурные условия образования в них рудных месторождений, б) охарактеризовать рудоконтролирующие дислокации — складки и разрывы различной генерации и формы, их эволюционные ряды, палеотектонические условия в которых они образовывались, в) реконструировать палеотектонические поля напряжений, выявить связи эндогенного уранового оруденения с силовыми полями напряжений (локальными центрами компрессии-декомпрессии, участками перепада тектонических напряжении), на основе тектонофизических расчетов и моделирования оценить
количественные параметры данных связей, 4) провести сравнительный анализ геолого-структурных и палеотектонических условий образования эндогенных месторождений урана в рудных районах с определившимися промышленными перспективами (Северный Казахстан, Восточное Забайкалье), установить общие признаки, 5) сопоставить палеотектонику ураноносных районов с палеотектоникой золотоносных районов (Центральные Кызылкумы, Бодайбинский, Нечерский в Северном Забайкалье), выяснить черты сходства и различия, причины отсутствия в ряде районов (Нечерском, др.), несмотря на многолетние поиски, древних месторождений урана типа «несогласия» (палеоаналогов месторождений Канады, Австралии), 6) выделить основные факторы эндогенного уранового рудообразования в складчатых поясах, составить эталонные модели крупных урановорудных районов на щитах (Волластон в Канаде, др.), на базе установленных факторов, связей и моделей разработать систему разномасштабных (региональных, районных, локальных) палеогеодинамических и тектонофизических критериев прогноза и оценки ураноносных палеоструктур, 7) апробировать палеогеодинамические и тектонофизические критерии и методы прогноза и оценки ураноносных палеоструктур в рудных районах.
Фактический материал и методы исследований. В основу диссертационной работы положен геологический и геофизический материал, собранный автором в процессе полевых исследований в Северном Казахстане (1976-1994 гг.), в Центральных Кызылкумах (1989-1992 гг.), в Забайкалье (2000-2002 гг.), на Воронежском кристаллическом массиве (ВКМ, 2003 г), в др. регионах СНГ и России.
Природными объектами исследований послужили эндогенные месторождения урана и золота, а также геологические структуры, перспективные на обнаружение промышленных рудных концентраций: в Северном Казахстане - месторождения Шатские 1 и 2 (U), Глубинное (U), Агашское (U), Косачиное (U), Грачёвское (U), Тушинское (U), Викторовское (U), Аксуйское (Аи), Маныбайское (U), др., в Центральных Кызылкумах — месторождения Мурунтауское (Аи), Мютенбайское (Аи), Бесапантауское (Аи), др., в Восточном Забайкалье (Южное Приаргунье) - Стрельцовская группа месторождений U (объект реализации компьютерных технологий), в Северном Забайкалье (Нечерский горнорудный район) — рудопроявления коренного золота, локализованные в сложнодислоцированных рифейских толщах (Ходоканское Au-рудное поле), рудопроявления урана, локализованные вблизи границы предрифейского структурно-стратиграфического несогласия (бассейн реки Большая Бульбухта), в восточной части ВКМ - Бобровский участок, перспективный на выявление древних месторождений урана типа «несогласия».
В процессе полевых исследований задокументировано более 40000 пог. метров керна скважин, канав, подземных горных выработок. Данные горно-буровой разведки более 15
месторождений (из них ряд крупных по запасам U, Аи) обработаны на планах, разрезах, проекциях рудоносных зон (горизонтальных, вертикальных, круговых стереографических). Построены десятки геолого-структурных карт, схем, разрезов, погоризонтных планов участков месторождений и рудопроявлении урана и золота, что явилось основой для выделения локальных факторов рудоконтроля. Замерены плотности горных пород по керну скважин и в образцах из горных выработок; в лабораторных условиях определены прочностные и упругие свойства горных пород. С использованием данных по физико-механическим свойствам геологических сред составлены палеотектонические и тектонофизические карты, схемы, разрезы, послужившие дополнительной основой прогнозных построений.
Региональные обобщения и анализ факторов, контролирующих размещение в фанерозойских складчатых поясах Центральной Азии крупных металлогенических провинций, проводились на базе Тектонической карты Северной Евразии масштаба 1:5000000 (гл. ред. А.В. Пейве и А.Л. Яншин, 1980), трансформированной в схемы палеоплитных ансамблей (рис. 7, 11). Данные схемы явились концептуальной основой исследований.
При региональных обобщениях использовались геолого-геофизические, минерагенические, палеотектонические и тектонофизические данные и реконструкции, изложенные в работах И.И. Абрамовича, И.Г. Клушина (1990, 1998), СВ. Белова (1991, 1992), Ю.С. Бискэ (2000, 2001), В.Е. Бойцова (1989, 1996), B.C. Буртмана и др. (1976, 1998, 2000), М.М. Буслова и др. (1999, 2000), В.И. Величкина (1983); В.Е. Вишнякова, А.Х. Шафикова, др. (1984, 1990), И.В. Гордиенко, М.И. Кузьмина (1987, 1999), Г.В. Грушевого, И.Г. Печенкина (2000, 2002, 2003), А.С. Егорова, Д.Н. Чистякова и др. (2001, 2002), Л.П. Зоненшайна и др. (1987, 1990, 1993), Л.П. Ищуковой (1998), А.А. Ковалева, С.А. Ушакова (1984,1985,1992), В.И. Коваленко и др. (1990, 1999), М.М. Константинова и др. (1976, 1998, 2000, 2001), А.А. Кременецкого и др. (1995), Н.П. Лаверова и др. (1983, 1988), Ю.Г. Леонова (1995,1997,2001), А.А. Моссаковского и др. (1993), М.С. Нагибиной (1999), А.В. Пейве и др. (1980,1982), Л.М. Парфенова и др. (1996), И.Г. Печенкина (1999), Ю.М. Пущаровского и др. (1992,1996,1999), В.Н. Пучкова (1976,2000), Д.В. Рундквиста (1993, 1997), В.И. Старостина (1976, 1988, 1990), В.Е. Хаина и др. (1990, 1997, 2001), Н.М. Чернышева и др. (1997, 2002), A.M. Дж. Шенгера и др. (1994), др. Кроме того: для характеристики глубинного строения недр Северного Казахстана, Средней Азии, Забайкалья использовались данные ГСЗ, МОВЗ, МОВ (Гречишников, Шаров, 1973; Заборников и др., 1974-1977; Антоненко, Бикеев и др., 1989; Любецкий и др., 1997; др.), геолого-геофизические материалы Ю.А. Зорина, Т.В. Балк, М.Р. Новоселовой, Е.Х. Турутанова (ИЗК СО РАН), А.Л. Ладыниной (ИГиГ СО РАН), Г.И.
Менакера (ЧГУ), СВ. Бузовкина (ВСЕГЕИ), Л.В. Турчанинова, Е.А. Максимова, B.C. Тарасова (ГФУГП «Сосновгеология»), Н.А. Яблонской, Г.А. Лебедева, др. (ФГУНПП «Аэрогеология»), Р.Ф. Данковцева, Н.И. Мусеибова, Р.Н. Афанасьевой (ВИМС), др.; был проведен комплексный анализ геолого-геофизических материалов.
Основным методом детальных исследований явился морфометрический анализ структур рудных полей и месторождений, базирующийся на данных горно-буровой разведки. Методика исследований заключалась в построении изогипс и изолонг пологих и крутопадающих разломно-контактовых поверхностей, в оконтуривании геологических объемов, деформационных зон, рудных образований, в расчетах рудонасыщенности геоблоков (коэффициента рудоносности, метропроцентов U, Аи, др. металлов), в реставрации направлений (ориентировок) сжимающих и растягивающих усилий в геоблоках. Морфометрические построения позволили судить о степени деформированности (гофрированности, сжатости) разломно-контактовых поверхностей, выделить участки концентрации в геоблоках палеотектонических напряжений компрессии-декомпрессии, составить морфоструктурные модели (образы) рудных обстановок.
Для количественной оценки палеотектонических напряжений был использован кинематический анализ и алгоритм расчёта напряженного состояния граней разломов и контактов, разработанный автором (Шашорин, 1985, 1986, 1988, 1991); применялось компьютерное моделирование палеонапряжений (разработчик компьютерной программы С.С. Шилов, ВИМС).
Научная новизна. Разработано новое научно-методическое направление в прогнозировании эндогенного уранового оруденения, которое базируется на системном анализе геологических и геофизических данных с позиций концепции тектоники плит, расчете и моделировании палеотектонических полей напряжений, создании модельных образов ураноносных обстановок.
Впервые на плейттектонической основе выделены ареалы разуплотнения земной коры, отвечающие активным палеозойским и мезозойским окраинам континентальных палеоплит и областям их коллизии, в пределах которых размещаются крупные металлогенические провинции.
Показано, что районы развития эндогенного уранового оруденения в складчатых поясах, и соответствующих им металлогенических провинциях, связаны с постколлизионными активизационными обстановками, выраженными в рельефе поверхности Мохоровичича сводовыми поднятиями границы М, в геологических полях — проявлениями активного рифтогенеза.
Установлена и обоснована пространственная связь эндогенного уранового
оруденения (узлов, полей, месторождений) с геоплотіїостньїм барьером и областями силовой
разгрузки палеотектонических напряжений, обусловленных активизационными процессами
и динамическими взаимодействиями геоблоков.
Доказано, что силовые поля тектонических напряжений компрессии-декомпрессии и
области их перепада (градиента), реализованные на геоплотностном барьере,
конструировали морфологический облик месторождений урана, создавали благоприятные
обстановки для формирования высокопродуктивного жильно-штокверкового оруденения.
Разработана методика, позволяющая моделировать (воссоздавать)
палеотектонические поля напряжений, оконтуривать рудолокализующие обстановки.
Впервые для урановорудных объектов, локализованных в складчатых поясах,
выделены группы факторов: а) создававшие предпосылки и формировавшие эндогенные
месторождения урана, б) влиявшие на сохранность месторождений урана, в) разрушавшие
и/или переотлагавшие урановое оруденение.
Составлены геолого-геофизические и тектонофизические модели (образы) крупных
эндогенных урановорудных объектов в складчатых поясах и на щитах, позволяющие
идентифицировать урановорудные обстановки.
Практическая ценность. Разработанные методологические подходы и принципы — построение мелко -, средне - и крупномасштабных палеогеодинамических и тектонофизических карт и схем на плейттектонической основе, расчет и моделирование палеотектонических полей напряжений, создание модельных образов урановорудных обстановок, а также предложенный комплекс региональных и локальных факторов (даны в разделе «Заключение», таблица 2) позволяют:
совместно с традиционными геологическими критериями - более эффективно проводить прогнозную оценку и локализацию площадей: а) выделять в орогенных поясах области с высоким рудным потенциалом, б) в контурах металлогенических провинций -потенциальные U-рудные районы и узлы, в) в пределах последних (с применением тектонофизических методов) — локальные участки под поиски высокопродуктивного уранового оруденения,
используя геометрические и численные характеристики рудоконтролирующих силовых полей напряжений (компрессии-декомпрессии, локальных областей «перепада» напряжений) - рационально размещать в пределах поисковых площадей и оцениваемых структур дорогостоящее бурение, что важно в условиях дефицита финансирования геологоразведочных работ.
Разработанные методологические подходы и принципы могут использоваться при прогнозе и поисках широкого круга полезных ископаемых (W, Sn, Au, Та, Nb, TR).
Защищаемые научные положения.
І. В пределах фанерозойских орогенных поясов Центральной Азии по геологическим и геофизическим данным выделяется ряд региональных «очагов» разуплотнения земной коры, которым соответствуют: мощная континентальная кора, ареалы гранитоидного магматизма, крупные металлогенические провинции.
П. Районы развития эндогенного уранового оруденения в складчатых поясах, и соответствующих им металлогенических провинциях, связаны с постколлизионными активизационными обстановками, выраженными в рельефе поверхности Мохоровичича сводовыми поднятиями границы М, в геологических полях - проявлениями активного рифтогенеза и поствулканической гидротермальной деятельности.
Размещение урановорудных узлов (полей) в районах сложной металлогении контролируется геоплотностным барьером и связанными с ним областями силовой разгрузки палеотектонических напряжений, обусловленных активизационными процессами и динамическими взаимодействиями геоблоков. Контрастным напряженно-деформационным обстановкам, выраженным в геофизических полях в виде «плотностного барьера», соответствуют рудные узлы с крупными объектами.
На основе тектонофизических расчетов и моделирования, проведенных с использованием разработанного алгоритма, установлено, что морфологические особенности урановорудных зон и тел, локализованных на геоплотностном барьере, подчиняются силовому полю палеотектонических напряжений. Силовые поля напряжений конструировали геометрию флюидопроницаемых каналов, создавали благоприятные обстановки для формирования высокопродуктивного жильно-штокверкового оруденения.
V. В потенциально рудоносных формациях древнего основания палеоплит длительные
напряжения тангенциального сжатия приводили к разрушению и переотложению ранее
сформированных природных урановорудных концентраций. В то же время стрессовые
напряжения обуславливали образование крупных Au-рудных объектов, контролируемых
локальными центрами декомпрессии.
Реализация результатов и апробация работы. Алгоритм расчёта палеонапряжений использовался автором диссертации при поддержке и участии ПГО «Степгеология» и Целинного горнохимического комбината (ЦГХК) в 1976-1991 гг. для оценки флангов и глубоких горизонтов разведуемых и отрабатываемых месторождений урана Северного Казахстана; экспедицией «Севказзолоторазведка» ОАО ГМК «Казахалтын» в 1989-1994 гг. — для оценки флангов и глубоких горизонтов Аксуйского месторождения коренного золота;
ГРЭ «Кызылкумгеология» ПГО «Самаркандгеология» в 1989-1992 гг. - для уточнения структурных позиций Au-рудньгх столбов и мегаштокверков месторождений Мурунтау, Мютенбай, Триада, Бесапантау, а также вьщеления потенциально рудных ситуаций на глубине. Кроме того, в 2000-2002 гг. методика морфометрического и тектонофизического анализов рудоносных палеоструктур применялась автором при полевых исследованиях в Северном Забайкалье на Бульбухтинской площади для картирования морфологии «подошвы» рифейских толщ, а также уточнения условий локализации выявленного БСП ГФГУП «Урангео» «Сосновгеология» вблизи границы предрифейского структурно-стратиграфического несогласия (ССН) уранового оруденения.
Результаты обработки и обобщения гравиметрических данных масштабов 1:200000 и 1:50000, модельные интерпретационные построения по ряду уран-золоторудных районов послужили основой для разработки критериев прогноза Au-рудных узлов (полей), и были использованы экспедицией «Севказзолоторазведка» в 1989-1994 гг. для прогнозной оценки территорий, что привело к открытию в 1995-2002 гт. в Степнякском районе Северного Казахстана крупных Au-рудных месторождений Узбой, Степок, Вера в минерализованных зонах в терригенно-осадочных породах ордовика (справка о внедрении за 2003 г.). По восточной части ВКМ (Анненская площадь, Бобровский участок) результаты обработки гравиметрических карт масштабов 1:200000 и 1:50000 использовались Центральной геологической экспедицией ГФГУП «Урангео» на стадии проектирования (2000-2002 гг.) и в процессе проведения поисковых работ (2003 г).
Результаты исследований докладывались: на Всесоюзном семинаре «Современные методы локального прогноза и пути совершенствования при поисках месторождений» (Наро-Фоминск, 1987), на Международных конференциях «Новые идеи в науках о Земле» в МГГРУ (1997, 1999, 2001, 2003), на Международном симпозиуме «Стратегия использования и развития минерально-сырьевой базы редких металлов России в XXI веке» (Москва, ВИМС, 1998), на Международном симпозиуме по геологии урана «Уран на рубеже веков: природные ресурсы, производство, потребление» (Москва, ВИМС, 2000), на III Всеуральском металлогеническом совещании «Металлогения и геодинамика Урала» (Екатеринбург, УГГГА, 2000), на Тектонических совещаниях Межведомственного Тектонического Комитета (Москва, МГУ, 2000, 2001, 2002), на П-ом Международном Симпозиуме «Золото Сибири: геология, геохимия, технология, экономика» (Красноярск, КНИИГИМС, декабрь 2001), на Всероссийском Симпозиуме «Геология, генезис и вопросы освоения комплексных месторождений благородных металлов» (Москва, ИГЕМ РАН, ноябрь 2002), на др. тектонических и минерагенических совещаниях и конференциях.
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 39 статьях, тезисах и материалах (трудах) Всероссийских и Международных совещаний и конференций, более 70 научно-производственных отчетах, прогнозно-методических записках и рекомендациях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из разделов «Введение», «Заключение», 7-ми глав, списка литературы. Общий объем работы 299 страниц: 225 стр. текста, 72 рисунка, 2 таблицы. Список литературы включает 379 наименований.
Благодарности. Различные аспекты диссертационной работы обсуждались с главными и ведущими специалистами ВИМСа: д. г.-м. наук Г.А. Машковцевым, д. г.-м. наук, профессором Р.Ф. Данковцевым, д. г.-м. наук, профессором А.К. Мигутой, д. г.-м. наук В.Н. Щеточкиным, д. г.-м. наук И.Г. Печенкиным, д. г.-м. наук И.Г. Минеевой, д. г.-м. наук М.И. Пахомовым, д. г.-м. наук В.И. Кузькиным, др.; были получены и учтены ценные замечания. Изучение глубинного строения недр, геолого-структурньгх, палеогеодинамических и тектонофизических условий образования эндогенных месторождений урана и коренного золота в рудных районах проводилось при содействии и участии Р.Ф. Данковцева, А.С. Клочкова, Р.В. Голевой, И.В. Швея, Н.И. Мусеибова, А.Т. Костикова, А.Е Толкачева, В.М. Тюленевой, В.И. Ружицкого. Неоценимую помощь при проведении исследований и поддержку оказали зам. генерального директора ГФГУП «Урангео» С.С. Наумов, начальник геологического отдела ГФГУП «Урангео» Ю.Л. Бастриков, бывший главный геолог ЦГХК д. г.-м. наук В.И. Пигульский, главный геолог ГРЭ «Севказзолоторазведка» ОАО ГМК «Казахалтын» О.Л. Горожанин, главный геолог ГРГП «Причерноморгеология» Ю.Н. Шашорин, главный геолог БСП ГФГУП «Урангео» «Сосновгеология» Д.А. Самович, главный геолог Бульбухтинской партии БСП ГФГУП «Урангео» «Сосновгеология» И.И. Царук, главный геолог Центральной геологической экспедиции ГФГУП «Урангео» А.Е. Фоменко, др. Техническую и консультативную помощь в работе на протяжении многих лет автору диссертации оказывали И.В. Швей, Р.Н. Афанасьева, Н.И. Мусеибов, Т.Н. Сирина, В.М. Тюленева, Э.В. Беденко, А.И. Макаров, А.Н. Сысоев, С.С. Шилов, А.В. Петров, др. Всем вышеперечисленным товарищам автор диссертации выражает искреннюю признательность и благодарность.
Восточно-Сибирский регион
Континентальной основой фанерозойского плитного ансамбля юга Сибири является Монголо-Сибирский палеоконтинент (МСП): Сибирский кратон, наращенный в раннем палеозое за счет каледонского складчатого обрамления (рис. 11). В плитных сценариях (Шенгёр и др., 1994; Гордиенко, Кузьмин, 1999; Буслов и др., 2000; др.) каледониды южного обрамления Сибирской древней платформы рассматриваются как средне-позднепалеозойская - раннемезозойская активная континентальная окраина МСП, трассируемая Di-2, С2-Р1 и Тз-Ji ОКВПП (рис. 11). В D-C-P и Тз-Ji время Монголо-Сибирский палеоконтинент был смещен по транзиту Иртышской зоны смятия с вращением по часовой стрелке (Гордиенко, Кузьмин, 1999; Буслов и др., 2000; др.). Областью гранито - и горообразования (орогенеза) в этот период (D2-3, С2-3-Р, Тз-Ji) явились фронтальные части Монголо-Сибирского палеоконтинента - современные территории Западного Саяна, Алтая, Тувы, Монголии (рис. 11); областью растяжения (рифтогенеза) - территории Центрального и Юго-Восточного Забайкалья (рис. 11).Девон-каменноугольно-пермские и триас-раннеюрские ОКВПП в обрамлении Монголо-Сибирского палеоконтинента образуют протяженный (свыше 2000 км) ряд, возрастной особенностью которого является "омоложение" вулканитов в восточном направлении, что, по-видимому, связано с вращением Монголо-Сибирского палеоконтинента в D-C-P и Тз-Ji время в запад-северо-западном направлениях (в современных координатах) по часовой стрелке (рис. 11).
Непосредственным продолжением ОКВПП на восток является Монголо-Приаргунский (J3-K1) внутриконтинентальньш вулкано-плутонический пояс (ВКВПП) рифтогенной природы (Гордиенко, Кузьмин, 1999; Гордиенко, 1999; Нагибина, 1999; др.), а также вулканоплутонические пояса Большого Хингана и Сихото-Алиня (рис. 11,11/1).
Столкновением Монголо-Сибирского палеоконтинента с блоками Северо-Китайской древней платформы (Керулен-Аргунским, Хингано-Буреинским, др.) произошло в позднем триасе-юре, что сопровождалось поднятием территории, дифференцированными сводово-глыбовыми движениями, деформационно-тепловыми эффектами в континентальной коре МСП. В западных районах Восточного Забайкалья происходило становление крупных батолитов гранодиорит-гранитного состава (Кыринский, Асакан-Шумиловский комплексы), в центральных и восточных районах - крупных массивов биотитовых, реже двуслюдистых гранитов Борщовочного комплекса и массивов и штоков габро-диорит-монцонитов и гранодиорит-монцонитов Шахтаминского комплекса. В результате субдукционных и коллизионных процессов морские окраинно-континентальные и океанические бассейны в рассматриваемом регионе (Восточное Забайкалье) оказались закрытыми. В настоящее время их структурно-вещественные комплексы залегают в виде офиолитовых швов и тектонических клиньев в зонах Монголо-Охотского линеамента и Солонкерской сутуры («следы» океанических бассейнов Палеотетиса и Мезотетиса [Гордиенко, Кузмин, 1999; Гордиенко, 1999; др.]).
Постколлизионные (J3-K1) активизационные процессы на юге Сибири (в Монголии, в Восточном Забайкалье) проявились в формировании системы купольно-кольцевых структур (Цыган-Дельгерской, Ундер-Ханской, Сергеленской в Монголии, Аргунской, Куладжинской, Цаган-Олуевской в Приаргунье) и сопряженных с ними грабенов и рифтов с центрами основного, субщелочного и кислого вулканизма (рис. 11/1). Позднеюрские-раннемеловые вулканические центры в пространстве тесно сопряжены с краевой частью Монголо-Сибирского палеоконтинента, «спаянного» с блоками Северо-Китайской древней платформы (рис. 11, 11/1). В их пределах, на рубеже J3/K1, формировались крупные жильно-штокверковые месторождения урана: Стрельцовское, Антейское, Тулукуевское, др. (рис. 11, 11/1,37,38).
В пределах Восточного сектора Центральной Азии по геофизическим данным выделяется ряд региональных «очагов» разуплотнения земной коры (РОРЗК, рис. 11), которым так же соответствуют мощная континентальная кора, ареалы гранитоидного магматизма, крупные металлогенические провинции.
Месторождения урана Шатской зоны разломов
Данная группа месторождений урана (Глубинное, Шатские 1 и 2) выявлена ПГО «Степгеология» в начале 50-х годов прошлого столетия. В 60-80-х годах месторождения Шатской зоны были оценены и разведаны густой сетью поисково-оценочных и разведочных скважин, горными выработками (шахтный ствол с рассечками на месторождении Глубинном). Месторождения относятся к мелким и средним по запасам урана.
Территориально месторождения урана Шатской зоны располагаются в пределах Восточного Au-U-рудного района, в южном борту Карашатского палеовулканического прогиба (рис. 12, 13). Урановорудные тела месторождений вытянуты вдоль протяженного ( 10 км) субширотного морфологически извилистого тектонизированного контакта базальтоидов ордовика и вулканогенно-осадочных пород D (рис. 13, 19). Основная часть урановорудных тел локализована в северном «висячем» крыле рудоконтролирующего контакта О/D (рис. 19 А), в рассланцованных и катаклазированных вулканогенно-осадочных породах Di (рис. 20, 22). Дислоцированный контакт О/D в южном борту Карашатского вулкано-тектонического прогиба рассматривается многими исследователями как Шатская зона разломов (С.С. Наумов, Г.П. Путилов, М.И. Сергеев, др.).
Структурные, палеотектонические и тектонофизические условия локализации Mo-U руд в Шатской зоне разломов иллюстрируют морфоструктурные, структурно-деформационные схемы и разрезы, диаграммы трещиноватости пород, тектонофизические схемы и диаграммы, построенные автором диссертации в 1976-1991 гг. для различных участков месторождений «Глубинное», «Шатские 1, 2» (рис. 19-22).
Из анализа геолого-структурных (деформационных) обстановок, отображенных на данных рисунках, следует, что наибольшей величины деформирующие усилия р достигали (имели место) на центральных участках месторождений «Глубинное», «Шатские 1, 2». Коробление (смятие) поверхности базальтоидов ордовика здесь (на центральных участках месторождений «Глубинное», «Шатские 1, 2»), по сравнению с безрудными участками, проявлено наиболее динамично. Это фиксируется в фигурных S-образных изгибах рудоконтролирующего контакта О/D, увеличении мощности зон дробления в S-образных структурах, появлении на фоне зон дезинтеграции относительно плотных ненарушенных участков пород (рис. 20, 21/1). Эффект контрастных деформаций в S-образных структурах коробления-смятия разломно-контактовых поверхностей связан с различными упругими и прочностными свойствами контактируемых пород (базальтоидов ордовика / вулканогенно-осадочных толщ девона), неоднородностью локального поля напряжений: а) концентрацией сжимающих усилий р на гранях контакта О/D, ориентированных под прямым (± 15) углом к оси сз, б) «потерей» сжимающих усилий р на гранях контакта О/D, ориентированных под острым углом к оси аз (см. рис. 2, 3).
Построение круговых трещинных диаграмм по шахтным горизонтам месторождения «Глубинное», реставрация ориентировок осей напряжений в Шатской зоне по методике М.В. Гзовского (1973) показали, что: а) наибольшие из сжимающих напряжений (аз) лежат (были ориентированы) в плоскости рудоконтролирующего контакта О/D под углом 45 к горизонту (рис. 21), б) наибольшие из растягивающих напряжений (а{) то же лежат (были ориентированы) в плоскости рудоконтролирующего контакта О/D под углом около 45 к горизонту (рис. 21). Такая ориентировка растягивающих и сжимающих усилий в Шатской зоне связана со взбросо - (сбросо -) сдвиговыми перемещениями вдоль рудоконтролирующего контакта O/D. Дефицит бокового пространства при сдвиговых перемещениях приводил к короблению-смятию контакта базальтоидов ордовика, растрескиванию и разуплотнению вулканогенно-осадочных пород девона в локальных участках, а также к тектоническому сдавливанию и уплотнению пород (рис. 20, 21/1). Время проявления сдвиговых перемещений и дислокаций в Шатской зоне, вероятно, постнижнедевонское, поскольку однотипные парагенезисы трещин скола и отрыва имеют место (фиксировались и замерялись) как в базальтоидах ордовика, так и вулканогенно-осадочных породах нижнего девона (Шашорин 1976-1991).
Формирование складок коробления-смятия поверхности базальтоидов, локальных зон дробления (дезинтеграции), равно, как и тектонического уплотнения вулканогенно-осадочных пород девона, автор диссертации (Шашорин, 1981, 1986) связывает с неравномерным продольным укорочением и поперечным удлинением контактируемых блоков пород 0/D при их взбросо - (сбросо -) сдвиговых перемещениях вдоль Шатской зоны. Коробление-смятие, тектоническое разуплотнение-уплотнение происходило за счет различной вязкости и упругости базальтоидов ордовика и вулканогенно-осадочных пород нижнего девона. Модули Юнга (Е), сдвига (G), коэффициент Пуассона (ц) для базальтоидов ордовика Степнякской зоны составляют, соответственно: Е = 8,75, G = , ц. = 0,33, плотность СУ = 2,85 г/см ; для вулканогенно-осадочных пород нижнего девона: Е = 5,5-6,2, G = , \х = 0,22-0,30, плотность а = 2,38-2,65 г/см (Хорошилов, 1974; др.). Деформации коробления-смятия в породах O/D протекали неравномерно, с различной скоростью, вызывая выкручивание поверхности базальтоидов и растрескивание вулканогенно-осадочных пород Di. Нарастание необратимых (остаточных) деформаций в базальтоидах приводило к формированию S-образных изгибов контакта O/D, концентрации тектонических усилий в узловых точках S-образных изгибов (современные положения центральных участков месторождений Глубинного, Шатских 1 и 2). Время формирования S-образных структур коробления-смятия, и сопровождающих их локальных зон дробления (дезинтеграции) и тектонического уплотнения, как уже указывалось выше, — после накопления нижнедевонских толщ, вероятно во франско-фаменский цикл орогенических движений.
Результаты компьютерного моделирования палеотектонических полей напряжений
Факты и материалы, изложенные в разделе 4.1, послужили основой для проведения компьютерного моделирования с целью уточнения локальной позиции и палеотектонических условий формирования жильно-штокверкового уранового оруденения в структуре фундамента и вулканогенно-осадочном «чехле» Стрельцовской палеокальдеры (Шашорин, 2000).
Отправными моментами компьютерного моделирования были следующие:1. Фундаментом Стрельцовской палеокальдеры (СП) является краевая часть каледонского палеоконтинента (Монголо-Сибирского), где в позднекиммерийское и альпийское время происходило активизационное движение (смещение) геоблоков и силовое давление палеоплит со стороны Северо-Китайской древней платформы (рис. 11). 2. Формирование жильно-штокверкового объема U руд в фундаменте СП, и в вулканитах СП происходило на фоне импульсов субгоризонтального тектонического сжатия северо-западной-субмеридиональной ориентировки (данные ЗабНИИ) в скальных породах, уже после формирования вулканических покровов (рис. 38,38/1). 3. Сформировавшиеся в предрудный период (J3-K1) уступы гранитизированного фундамента СП (рис. 38, 38/1), а также прибортовые разломы СП (рис. 38) играли роль своеобразных упоров, которые воспринимали внешнюю палеогеодинамическую нагрузку сжатия р и перераспределяли её: на границе вулканиты / фундамент, внутри геоблоков фундамента СП, в трещинной инфраструктуре вулканитов СП. При этом: а) грани уступов фундамента, ориентированные в силовом поле палеотектонических напряжений перпендикулярно (±15) к оси регионального сжатия р, находились в нагруженном (притёртом) состоянии и представляли собой экраны и палеогидродинамические барьеры для восходящих и растекающихся субгоризонтальных газово-флюидных потоков, б) грани уступов фундамента, ориентированные параллельно (±15) к оси регионального сжатия/?, находились в разгруженном (приоткрытом) состоянии и играли роль рудоподводящих каналов.4. Величина внешней палеогеодинамической нагрузки р в геоблоках фундамента СП, ввулканитах СП, а также на границе вулканиты / фундамент в несколько раз превышалалитостатическую нагрузку (данные ЗабНИИ). Это создавало напорный режимпалеогидродинамической системы, поддерживало в приоткрытом состоянии разломыфундамента СП и трещины в вулканитах - те из них, которые были ориентированыпараллельно (±15) оси регионального тектонического сжатия (р). Последнее обстоятельствоспособствовало восходящему току газово-жидких флюидов, их прорыву из разрывов фундамента СП в трещинные зоны в вулканитах, разгрузке ураноносных газово-флюидных потоков в локальных центрах декомпрессии (областях полной или частичной потери тангенциальных сжимающих усилий).Тех21Рлргия омпьютерн В основу компьютерного моделирования был положен алгоритм расчёта палеотектонических напряжений, разработанный автором (см. раздел 1.3.4). Структурно-тектоническим планом, в пределах которого воспроизводились поля напряжений, послужила схема изогипс кровли гранитизированного фундамента СП (рис. 38). На этой схеме изогипсы, согласно алгоритма расчета, аппроксимировались прямолинейными отрезками (гранями) и анализировались по следующей технологии.
Воспроизведение областей концентрации напряжений сттт, ттах, cjmax в серии компьютерных композиций (моделей) с различной ориентировкой региональной оси сжатия р, проводилось по программе ГИС-технологий (линеаментный анализ) в секторах: 270±15, 29230 ±15, 315±15, 33730 ±15, меридиан ±15. При этом на экране монитора в виде цветовых пятен различной интенсивности и формы высвечивались участки сгущения и разряжения прямолинейных отрезков изогипс кровли гранитизированного фундамента СП, ориентированных параллельно (±15) и (отдельно в композициях) перпендикулярно (±15) региональной оси сжатия р. Эти участки в компьютерных композициях рассматривались как локальные палеотектонические обстановки декомпрессии о-т;п (полной или частичной потери тангенциальных сжимающих усилий р в основании СП, рис. 39-41), зоны концентрации касательных напряжений ттах (тектонического скалывания, разуплотнения пород фундамента и вулканитов СП, рис. 39-41), области тектонического сжатия атах (нагруженные участки палеоструктуры, сопряженные с зонами ат{п и ттах).
В компьютерных композициях (имитационных моделях) с северо-западной-субмеридиональной ориентировкой региональных сжимающих усилий р отчетливо выделилась ураноносная Аргунская зона разломов в виде ослабленной полосы ттах северовосточной ориентировки с локальными центрами декомпрессии crmj„ (рис. 39-41). Вдоль северо-восточной полосы палеотектонических напряжений ттах, o"min локализованы ореолы газовожидких включений в кварце из гранитов фундамента
Основные черты геологического строения
Мурунтауское Au-рудное поле включает в себя четыре крупных золото-кварцевых месторождения (Мурунтау, Мютенбай, Триада, Бесапантау), ряд рудопроявлений золото-шеелитового типа. Оно расположено в предгорье Южного Тамдытау (рис. 42). Наиболее древними породами района являются кристаллические сланцы с линзами кварцитов,кремнистых сланцев и доломитов ауминзинской (джургантауской) свиты. На этих породах согласно залегают аспидные, филлитовидные и другие сланцы тасказганской свиты. Вышележащая бесапанская свита представлена алевролитами, песчаниками и филлитами. Она подразделяется на ряд подсвит (Подкопаев, Зонов, 1966; Бендик, 1969; Сабдюшев, Усманов, 1971; Шер, 1972; Воронков и др., 1975; др.): нижнебесапанскую (V-є-О? bsi) и "пестрый бесапан" (V-є-О? bsi ), которые сложены переслаивающимися углисто-кварцевыми песчаниками, алевролитами и филлитовидными сланцами; верхнебесапанскую (V-є-О? Ьэг), сложенную метатерригенными породами; "зеленый бесапан" (О-S? ЬБЗ), в которой резко преобладают песчаники полевошпат-кварцевого состава с малым количеством углеродистого вещества. «Ауминза-бесапанский» метакомплекс в южной части гор Тамдытау (район исследований автора диссертации в 1989-1992 гг.) слагает ядро субширотной Тасказганской антиклинали. В современном структурном плане метакомплекс представляет собой мощную зону смятия («линзу-тектонит» по [Мухин, Савчук, Колесников, 1988]). Он осложнен серией сильно сжатых изоклинальных складок, пологих срывов, «вязких» разрывов. Внутри метакомплекса выделяют ряд тектонических пластин, в основании которых фиксируются пологие зоны смятия и «вязкие» разрывы (рис. 44, 45, 45/1). Крутопадающими разрывами метакомплекс разбит на ряд изометричных (овальных в плане) и клиновидных блоков, вобъёме которых — породах нижней под свиты бесапанской свиты (V-є-О? bsi), "пестромбесапане" (V-Є-О? bsi ), частично в верхней подсвите бесапанской свиты (V-є-О? bs2) -локализуется масштабное золотое оруденение: месторождения Мурунтау, Мютенбай, Триада, Бесапантау (рис. 44). В северной и северо-восточной частях Мурунтауского Аи-рудного поля «ауминза-бесапанский» метакомплекс перекрыт карбонатными породами девон-каменноугольного возраста (ранне - и позднегерцинскими покровами шарьяжного типа). На юге площади «ауминза-бесапанский» метакомплекс перекрыт MZ-KZ отложениями пустыни Кызылкумы, мощности которых резко возрастают в южном и юго-восточном направлениях (рис. 44).
Золотое оруденение Мурунтауского месторождения вмещают алевролиты и филлитовидные сланцы нижней подсвиты бесапанской свиты и «пестрого бесапана». Рудовмещающая толща представляет собой систему тектонических пластин (Сабдюшев, Усманов, 1971; Мухин, Савчук, Колесников, 1988; Бабарина, 1999; др.). В толще преобладают алевролиты, обломки в которых представлены кварцем и в меньшем количестве кислым плагиоклазом. В качестве акцессорных примесей присутствуют циркон, турмалин и апатит. Цемент алевролитов перекристаллизован и состоит из тонкозернистого агрегата кварца, кислого плагиоклаза, серицита, подчиненного количества хлорита и тонко рассеянного углеродистого вещества. Алевролиты слагают около 70 % мощности рудовмещающего разреза.
Переслаивающиеся с алевролитами сланцы имеют серицитовый состав с небольшим количеством кварца и плагиоклаза. Они содержат несколько больше (около 1,5%) углеродистого вещества. По примерной оценке количество сланцев составляет около 25 % мощности рудовмещающего разреза (Воронков и др., 1975; др.).
В подчиненном количестве (около 5%) в рудовмещающей толще встречаются песчаники и отчасти алевролиты с известковистым цементом и мономинеральным кварцевым составом обломков.Рудовмещающая толща интенсивно рассланцована (тектонизирована).
Месторождение Мурунтау и его восточные фланги представляют собой единый мегаштокверк золотоносных кварцевых жил и прожилков, а также кварцево-сульфидных прожилков, вытянутый в субширотном и северо-западном направлениях (рис. 44-46). Месторождение локализуется в нижней подсвите бесапанской свиты, породах «пестрого бесапана», частично в верхнебесапанской подсвите бесапанской свиты. Крутопадающими секущими разломами - Широтным, Северо-Восточным и Южным - площадь месторождения разделена на четыре рудоносных блока: Западный, Северный, Центральный и Южный (рис. 44). Под месторождением Мурунтау понимается рудоносные объемы Западного, Северного и Центрального блоков, ограниченные на глубине подошвой бесапанской свиты — зоной «вязких» разрывов и лежачих изоклинальных складок с кливажем S2. (рис. 44, 45, 45/1). Погружающееся на глубину оруденение восточного фланга Центрального блока за контуром Мурунтауского карьера относится к участку «Восточный». Золотоносный объем Южного блока, и золотоносные зоны под чехлом рыхлых отложений к юго-востоку от зоны Южного разлома образуют месторождения Мютенбай и Триада (рис. 44, 45). Данные месторождения относятся к крупным промышленным Au-рудным объектам. Суммарные запасы Мурунтауского Аи-рудного поля (месторождений Мурунтау, Мютенбай, Триада, Бесапантау) составляют более 2,5 тыс. тонн золота (данные НГМК).