Введение к работе
Актуальность проблемы. Открытие на дне современных океанов сульфи-доносных гидротермальных полей стимулировало поиски и изучение их аналогов в палеоокеанических структурах. Реконструированные на Южном Урале колчеданоносные палеогидротермальные поля (КПГП) представляют собой локальные ареалы продуктов разрушения и гальмиролиза гидротермальных построек и фланговых металлоносных отложений, включая участки синхронных вулканогенных и вулканогенно-осадочных фаций, отражающих специфические условия пригидротермального формирования. Седиментогенез, гальмиролиз и экогенез - основные процессы, определяющие облик КПГП. Однако, несмотря на общность происхождения, КПГП иногда существенно отличаются друг от друга и от современных сульфидоносных гидротермальных полей по комплексу литологических признаков. Кроме того, сульфидизированные тафоценозы представлены не на всех КПГП. Для выяснения причин наблюдаемых отличий требуется детальная характеристика седиментогенных фаций и продуктов гальмиролиза рудных и околорудных отложений, а также выяснение закономерностей локализации и развития пригидротермальных экосистем.
Цель и основные задачи. Проведенные исследования были направлены на создание единой модели рудной и околорудной седиментации на колчеданонос-ных палеогидротермальных полях, показывающей взаимосвязь процессов седи-ментогенеза, гальмиролиза и экогенеза.
В связи с этим, основными задачами исследований являлись: характеристика особенностей вещественного состава и литолого-фациальных условий локализации вулканогенно-осадочных и осадочных отложений КПГП; рассмотрение роли и масштабов гальмиролиза сульфидных построек и пригидротермальных отложений применительно к различным физико-химическим обстановкам осадконакопления; выяснение особенностей локализации, причин появления и различной сохранности тафоценозов КПГП, направленное на реконструкцию экогенеза КПГП - процесса развития взаимоотношений между организмами, а также между ними и средой обитания; разработка новых седиментологи-ческих критериев локального прогнозирования колчеданных месторождений.
Методика исследований. Автором проведено детальное литолого-фациальное (в том числе, рудно-фациальное и литолого-палеоэкологическое) картирование гидротермальных построек и сопутствующих им вулканогенно-осадочных и осадочных горизонтов. На основании этих данных выполнены реконструкции палеоповерхностей КПГП. Все виды картирования сопровожда-
лись послойной характеристикой вещественного состава пород и руд с составлением эталонных литограмм, которые строились по результатам изучения полированных образцов, шлифов и аншлифов, интерпретаций результатов рентге-нофазового, нейтронно-активационного, атомно-абсорбционного, газово-хроматографического и других видов анализа. Значительное внимание уделялось электронной микроскопии, а также микрозондовым определениям отдельных минералов (микроскоп «Newcameca»), морфометрическому анализу обломков пород и минералов. При решении некоторых задач использовались данные электронного парамагнитного резонанса, рентгено-, термостимулированнои люминесценции, а также определения изотопного состава углерода, кислорода и серы.
Изучение вещественного состава пород и руд проводилось в Институте минералогии УрО РАН и в Департаменте минералогии Музея естественной истории (Англия). Большой объем аналитического материала получен в лабораториях Свердловского горного института, ПГО "Уралгеология", Сибайского, Медногорского, Учалинского горно-обогатительных комбинатов и Челябинского геолкома. Полученные результаты, а также данные по современным осадкам из опубликованных работ обрабатывались на ПЭВМ в автоматизированной экспертной системе «Металлоносные отложения», разработанной в Институте минералогии УрО РАН О.С.Теленковым и автором.
Фактический материал. В основу предлагаемой работы положены материалы, собранные автором в 1977-1997 г.г. при выполнении научно-исследовательских тем в Свердловском горном институте и Институте минералогии УрО РАН. Основными объектами исследований являлись КПГП колчеданных месторождений Южного Урала (Узельгинского, Талганского, Чебачье-го, Молодежного, Западно-Озерного, Озерного, Восточно-Молодежного, Александрийского, Учалинского, Сибайского, Бурибайского, Октябрьского, Ташку-линского, Маканского, Ново-Маканского, Гайского, Яман-Касинского, Таш-Тауского, Бакр-Тауского, Куль-Юрт-Тауского, Зимнего).
При решении поставленных задач в"ЪраВнительном нлане-истшльзовались-материалы, полученные автором при детальном изучении Кызыл-Таштыгского колчеданно-полиметаллического месторождения Восточной Тувы, сульфидо-носных гидросольфатарных полей о. Итуруп, а также пробы, отобранные при кратковременном ознакомлении с колчеданными и полиметаллическими месторождениями Среднего Урала, Рудного Алтая и Центрального Казахстана.
Особое значение для сравнительных литолого-минералогических работ имело изучение образцов современных руд и осадков из гидротермальных полей ТАГ (Атлантика), Хуан де Фука и Гуаймас (Тихий океан), любезно предоставленных автору сотрудниками Института Океанологии РАН А.П. Лисицыным, Ю.А. Богдановым, К.Г. Муравьевым и Е.Г. Гурвичем, а также материал с колче-данно-полиметаллических месторождений Алтая и Сибири, присланный автору В.В. Авдониным и К.В. Ковалевым.
Личный вклад автора заключается в непосредственном участии во всех стадиях исследований от сбора оригинальных материалов при картировании карьеров, подземных горных выработок и керна глубоких скважин, их первичной обработки, интерпретации и обобщения аналитических данных до внедрения результатов в практику геолого-разведочных работ.
Научная новизна заключается в разработке моделей строєнім и эволюции КПГП, в получении комплексной вещественной характеристики околорудных отложений: ксенолавокластитов, госсанитов, апосульфидных кварцитов, джас-перитов, умбритов, сульфидных биолитов, бактериальных матов и других, ранее не изучавшихся на КПГП Урала.
Впервые применена методика построения детальных карт палеоповерхно-стей КПГП, на основе которой реконструированы рифтоподобные зоны локальных раздвигов. Выявлены особенности околорудных отложений колчеданных месторождений Ю.Урала в сравнении с осадками из других обстановок осадко-накопления.
На основе сравнения кислотно-основных свойств компонентов, слагающих околорудные осадки, обосновано выделение разновидностей гальмиролиза, а также предложен новый подход к типизации КПГП.
Впервые проведен литолого-палеоэкологический анализ сульфидных гидротермальных построек, показавший особенности локализации и специфику фауны самых древних из описанных устьевых биот. Обнаружены и, совместно с отечественными и зарубежными биологами и палеонтологами, охарактеризованы сульфидные строматолиты, а также несколько новых видов пригидротер-мальной фауны из семейств вестиментифер, моноплакофор, бивальвий, беззамковых брахиопод. Намечены возможности сравнения устьевых биот КПГП с современными глубоководными экосистемами, основанными на бактериальном хемосинтетическом способе энергетического обмена. В единой модели рудной и околорудной седиментации выявлены взаимосвязи процессов околорудного осадконакопления, гальмиролиза и экогенеза КПГП.
_>
Практическое значение и реализация результатов. Разработаны новые седиментологические критерии локального прогноза колчеданных руд с обоснованием возможностей их применения при поисках различных типов КПГП. Внедрение результатов исследований в практику осуществлялось в рамках хоздоговорных работ с ПГО «Уралгеология», Минцветметом, Челябинским геолкомом (6 тематических отчетов). Полученные данные позволяют целенаправленно вести поиски на флангах и глубокозалегающих горизонтах колчеданных месторождений. Исследования автора использованы в отечественных и международных программах и методических руководствах по картированию и сравнению современных и древних океанов, островных дуг и связанных с ними сульфидных месторождений.
Основные защищаемые положения:
-
На колчеданосных палеогидротермальных полях Южного Урала установлены эдафогенные, ксенолавокластические, гидротермальные и гальмиролити-ческие фации, указывающие на парагенетическую связь колчеданообразования и околорудного осадкошкопления с зонами локальных раздвигов.
-
Литолого-минералогическая зональность колчеданоносных палеогидротермальных полей обусловлена различиями в кислотно-основном взаимодействии компонентов, участвовавших в гальмиролизе рудокластических и околорудных осадков.
-
«Сульфидные» экосистемы колчеданоносных палеогидротермальных полей Южного Урала развивались синхронно с гидротермальной деятельностью при участии сульфид-окисляющих бактерий. С удалением от рудных построек бентосно-бактериальные оазисы исчезали.
-
Седиментологический контроль локализации колчеданных месторождений определяет литолого-стратиграфические, литолого-фациальные и литолого-геохимические критерии локального прогнозирования, отражающие основные отличия в формировании колчеданоносных палеогидротермальных полей и безрулных обг/гановок осадконакопления.
Апробация работы. Главные результаты исследований и отдельные поло7-жения диссертации докладывались автором более чем на 30 совещаниях, в том числе: Всесоюзном совещании «Структуры рудных полей колчеданных, полиметаллических и медных месторождений» (Владивосток, 1985), Всесоюзных чтениях памяти ак. А.Н.Заварицкого (Сибай, 1982), IV и V Уральских петрографических совещаниях (Свердловск, 1981, 1986), II Всесоюзном совещании «Тектоника литосферных плит» (Звенигород, 1989), Всероссийских совещаниях
«Геохимия литогенеза и осадочных формаций Урала» (Пермь, 1983) и «Геодинамика, литогенез и осадконакопление» (Екатеринбург, 1994), Всесоюзных и Международных школах морской геологии (Геленджик, 1986, 1988, 1990, 1992, 1995), III Всесоюзном совещании «Генетические модели эндогенных рудных формаций» (Новосибирск, 1987), Всесоюзном металлогеническом совещании (Свердловск, 1991), I Российском металлогеническом совещании (Екатеринбург, 1994); международном плитотектоническом совещании памяти Л.П.Зоненшайна (Аксаковские Зори, 1993); международном совещании «Сегментация океанических рифтов» (Лондон, 1995); международном семинаре «Минералогия и жизнь» (Сыктывкар, 1996).
Публикации. Основные результаты диссертации представлены в 51 статье и 4 монографиях.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, содержит 236 стр. текста, 118 рис., 33 табл., список литературы, включающий 399 наименований.
Диссертант выражает искреннюю благодарность чл.-к. РАН С.Н.Иванову, проф. В.Ф. Рудницкому, О.В. Богоявленской, В.Н. Василенко, Т.Н.Шадлун, д. г.-м. н., С.Л. Вотякову, А.А. Краснобаеву, Ю.А. Богданову, А.Ю. Лейн, к.г.-м.н. Ф.П.Буслаеву, Е.В.Белогуб и Е.В.Зайковой за полезные советы; С.П.Масленниковой, А.М.Юминову, И.Г.Жукову, Л.А.Паутову, Л.Ф.Баженовой, М.Н.Маляренок, Т.Н.Криновой, С.Г.Тесалиной, О.С.Теленкову и Р.З.Садыковой за помощь в выполнении аналитических работ и оформлении результатов исследований.
Исключительно важным для автора явилось сотрудничество в работе с учеными Института Океанологии ак. А.П.Лисицыным, д. б. н. А.П.Кузнецовым, к. г.-м. н. К.Г.Муравьевым, сотрудниками отделов минералогии и палеонтологии Музея естественной истории (Англия) докторами наук Р.Херрингтоном, К.Стенли, Н.Моррисом, К.Литлом.
Автор искренне благодарен директору Института минералогии д. г.-м. н. В.Н.Анфилогову и д. г.-м. н. В.В.Зайкову за постоянную поддержку исследований и конструктивное обсуждение научных результатов. Особую благодарность автор выражает своему учителю проф. В.А.Прокину.