Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Геологическая позиция и строение сульфидных построек "черных курильщиков" 8
1.1. Современные сульфидные постройки 9
1.2. Колчеданные месторождения Южного Урала 18
1.2.1. Месторождение Яман-Касы 21
1.2.2. Александрийское месторождение 32
Выводы 38
ГЛАВА 2. Минеральный состав и строение труб современных и палеозойских "черных курильщиков" 40
2.1. Трубы современных "черных курильщиков". 41
2.2. Трубы палеозойских " черных курильщиков" 56
2.2.1. Месторождение Яман-Касы 56
2.2.2. Александринское месторождение 77
2.3. Микрофации палеогидротермальных труб и сравнение их с современными
аналогами 88
2.4. Модели роста современных и палеозойских труб "черных курильщиков" 95
Выводы 99
ГЛАВА 3. Редкие минералы палеогидротермальных труб 102
3.1. Позиция редких минералов в палеогидротермальных трубах 104
3.2. Теллуридыи сульфотеллуриды ПО
3.3. Сульфоарсениды 122
3.4. Сульфосоли 124
3.5. Самородные элементы 130
3.6. Сульфиды 134
3.7. Оксиды 140
3.8. Сульфаты 140
3.9. Распределение ассоциаций редких минералов по типам палеогидротермальных труб 140
3.10. Сравнительный анализ ассоциаций редких минералов современных и палеозойских "черных курильщиков" 143
Выводы 148
ГЛАВА 4 Геохимическая характеристика палеогидротермальных труб
4.1. Методы исследований 150
4.2. Геохимическая зональность труб 153
4.3. Типохимизм сульфидов 176
4.4. Ассоциации химических элементов 186
4.5. Геохимическая специализация палеогидротермальных труб 196
4.6. Изотопный состав серы в сульфидах 198
4.7. Сравнительный анализ геохимии сульфидных труб современных и палеозойских "черных курильщиков" 208
Выводы 215
ГЛАВА 5. Физико-химические условия формирования сульфидных труб палеозойских "черных курильщиков" 217
5.1. Палеотемпературные условия 217
5.2. Активности серы, теллура и кислорода 225
5.3. Факторы минералообразования и концентрирования элементов-примесей 230
5.4. Практическое значение результатов изучения сульфидных труб 238
Выводы 239
Заключение 241
Список литературы
- Колчеданные месторождения Южного Урала
- Трубы палеозойских " черных курильщиков"
- Самородные элементы
- Геохимическая специализация палеогидротермальных труб
Введение к работе
Актуальность темы. Двадцатый век ознаменовался открытием современных сульфидообразующих систем. В Красноморском рифте обнаружены металлоносные рассолы и стратиформные сульфидные залежи. В срединно-океанических рифтах и задуговых бассейнах открыто более 100 гидротермальных полей с придонными сульфидными постройками - "черными курильщиками". Эти открытия, казалось бы, должны окончательно ответить на вопросы генезиса древних колчеданных месторождений. Однако, в последнее время обозначилась проблема противостояния двух концепций гидротермально-осадочного колчеданообразования - модели "красноморских рассолов" [Solomon et al., 2002] и модели "черных курильщиков" [Scott, 1981, 1998; Hannington, 2002; Авдонин, 1994; Зайков, 1991; Масленников, 1991, 1999; Herrington et al., 1998]. Сторонники "красноморской" модели ссылаются на пластообразную форму большинства рудных1 тел, наличие тонкой слоистости, залегание среди черных сланцев — индикаторов бескислородных бассейнов, а также указывают на обнаружение высококонцентрированных рассолов, во флюидных включениях гидротермальных минералов [Скрипченко, 1972; Solomon, Walshe, 1979; Solomon et al., 2002]. Сторонники модели "черных курильщиков" отмечают холмообразную форму некоторых колчеданных залежей [Зайков, Масленников,' 1987; Масленников, 1991, 1999], наличие пригидротёрмальной фауны, требующей присутствия кислорода [Авдонин, 1996; Кузнецов, Масленников, 2000; Little et al., 1997], а также отложений рудокластических потоков [Жабин, 1978; Масленников, 1991, 1999] и продуктов субмаринного окисления колчеданных руд [Масленников, 1999]. Решению этой проблемы способствовало обнаружение древних сульфидных труб "черных курильщиков", единичные находки которых ранее сделаны на колчеданных' месторождениях кипрского [Oudin, Constantinou, 1983], уральского [Масленников, 1991, 1999; Herrington et al., 1998] и куроко [Scott, 1981; Zhikazono, Kusakabe, 1999; Масленников, 1991, 1999; Тесалина и др., 1998] типов. За период 1999-2004 г.г. в рудных телах медно-цинково-колчеданного месторождения Яман-Касы (уральский тип) и колчеданно-полиметаллического месторождения Александрийское (тип куроко) автором была собрана большая коллекция сульфидных труб, позволившая впервые получить информацию по составу, истории и условиям формирования палеозойских "черных курильщиков". Появилась возможность выявления комплекса признаков сходства и различия современных и древних "черных курильщиков" и реконструкции наиболее полных моделей их формирования от стадии нагревания до стадии полного остывания.
Цель работы: Изучить строение, состав и разработать модель формирования палеозойских труб "черных курильщиков" в сравнении с современными аналогами. Задачи исследований:
1) выделить микрофации и определить особенности строения различных
минералогических типов палеогидротермальных труб из колчеданных месторождений
Яман-Касы и Александрийское.
2) установить состав, закономерности локализации и эволюцию редких минералов в
различных микрофациях палеогидротермальных труб;
3) выявить геохимическую зональность и определить факторы геохимической
дифференциации элементов-примесей в палеогидротермальных трубах.
4) сравнить палеозойские трубы с современными аналогами.
Методика исследований. Новизна подхода заключалась в применении рудно-микрофациального анализа зональности труб [Масленникова, 2003]. Сульфидные трубы изучались оптическими, рентгеноструктурными, химическими и микрозондовыми методами. Оптические исследования проводились на микроскопах Axiolab, Olimpus ВХ 50 (ИМин УрО РАН, Миасс). Химический состав и микрогеохимическое картирование редких минералов было выполнено на рентгеноспектральных микроанализаторах JEOL JXA-8900RL (Фрайбергская горная академия, Германия; Университет Тасмании, г. Хобарт, Австралия), Camebax SX 50 (Музей Естественной Истории, г. Лондон, Великобритания), растровом электронном микроскопе с микроанализатором РЭММА-202 MB (ИМин УрО РАН). Элементы-примеси в сульфидных микрофациях определялись атомно-абсорбционным анализом и масс-спектрометрическим методом с индуктивно-связанной плазмой (ИСП-МС) (аналитическая лаборатория Уральского электрохимического комбината, г. Новоуральск). Соискателем использован новый высокочувствительный микрогеохимический метод - масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой и лазерным пробоотборником (ЛА-ИСП-МС) в Университете Тасмании. Там же проведены исследования изотопного состава серы сульфидов с применением лазерного пробоотборника. Термобарогеохимические исследования флюидных включений в кварце и барите, заполняющих канал сульфидных труб, проводились совместно с проф. В. А. Симоновым и магистранткой Е. О. Тереней (ОИГГМ СО РАН, г. Новосибирск). Полученные результаты сопоставлялись с данными, в том числе с оригинальными авторскими, по трубам современных "черных курильщиков".
Фактический материал. Работа основана на материалах полевых работ, собранном автором в период 1999-2004 г.г. при выполнении научно-исследовательских тем в лаборатории прикладной минералогии и минерагении Института минералогии УрО РАН,
г. Миасс. На карьерах Яман-Касинского и Александрийского месторождений соискателем собрана коллекция сульфидных труб (более 300 образцов). Оптическими методами изучено 120 аншлифов, 32 полированных шлифа, выполнено 480 микрорентгеноспектральных анализов редких минералов, 150 анализов ИСП-МС (на 60 элементов), 400 анализов ЛА-ИСП-МС (на 22 элемента). Выполнен валовый изотопный анализ серы (37), в том числе с использованием лазерного пробоотборника (39). Для сравнительных целей автором изучались трубы современных "черных курильщиков" из срединно-океанических хребтов: САХ (поля ТАГ, Лаки-Страйк, Брокен-Спур, Снейк-Пит, Рейнбоу, Логачев), ВТП (9с.ш.), хребты Галапагосский, Хуан де Фука. Образцы были предоставлены А. П. Лисицыным, Ю. А. Богдановым, А. Ю. Леин, Б. Н. Батуевым, Я. Джонассоном, П. Герцигом, С. Петерсеном. Большое значение для автора имело ознакомление с зональностью труб современных "черных курильщиков" (поля впадины Гуаймас, коллекция И. Фуке) во время участия в Школах морской геологии в Бресте (Франция) в 1999,2001 г.г.
Личный вклад автора заключается в непосредственном участии во всех этапах исследований: сборе первичных материалов, подготовке их для анализа разными методами, непосредственном выполнении микроанализов (ЛА-ИСП-МС), пересчетов, статистической обработки аналитических данных, интерпретации и обобщения.
Научная новизна. В исследованных колчеданных залежах выделены основные типы палеогидротермальных труб. Установлено, что тип оруденения отражается в преобладающем составе труб: на месторождении Яман-Касы (уральский тип),- в основном, развиты медгю-цинково-колчеданные трубы, а на Александрийском (тип куроко) -колчеданно-полиметаллические. Разработана типизация микрофаций, отражающая наиболее полную историю формирования палеозойских "черных курильщиков". Впервые показана смена видового состава теллуридной, сульфоарсенидной, сульфосольной и сульфидной минерализации в определенных микрофацих и типах сульфидных труб. Установлены новые и редкие для колчеданных месторождений минералы (кобальт*-:.:і теллуровый лёллингит, кобальтовый фробергит и др.). Показана приуроченность золота к халькопириту в яман-касинских сульфидных трубах и к сфалериту - в александрийских. Принципиально новыми являются сведения по геохимической зональности труб, выявление областей обогащения и обеднения элементами-примесями. Выявлены черты сходства и отличия древних и современных сульфидных труб.
Практическое значение работы. Обоснование модели "черных курильщиков" определяет особенности применения критериев прогнозирования колчеданных месторождений. Литолого-стртиграфические критерии приобретают значение для
локального прогнозирования рудных тел. По степени сохранности фрагментов труб выделяются проксимальные и дистальные горизонты рудокластитов, что способствует прогнозированию придонных сульфидных построек. Полученные минералогические и геохимические данные позволяют выявить закономерности в распределении редких элементов в колчеданных залежах, что открывает перспективы для совершенствования технологических схем обогащения колчеданных руд. Изучение типохимизма микрофаций способствует совершенствованию геоэкологических критериев прогнозирования колчеданных месторождений.
Апробация работы. Основные положения, рассматриваемые в работе, докладывались на международной научной студенческой школе "Металлогения древних и современных океанов" (Миасс, 2001-2004), 5-ой Европейской школе по металлогении океанов (г. Брест, Франция, 2001), Всероссийской научной конференции "Летняя уральская минералогическая школа-2002" (г. Екатеринбург), Всероссийском совещании "Минералогия Урала-2003" (г. Миасс), международной конференции SGA в Греции (г. Афины, 2003), международной конференции "Проблемы рудных месторождений и повышения эффективности геолого-разведочных работ" (г. Ташкент, 2003), XV . Международной школе морской геологии (г. Москва, 2003), Международной конференции "Минералы океана" (г. Санкт-Петербург, 2004).
Публикации.- По теме диссертации опубликовано 27 работ, в том числе 4 в зарубежных изданиях.
Автор благодарен акад. А. П. Лисицыну, д.г.-м.н., проф. Ю. А. Богданову, д.г.-м.н., проф. А. 10. Леин, д.г.-м.н. Б. Н. Батуеву, проф. Я. Джонассону, проф. П. Херцигу и док. С. Петерсену за предоставленные коллекции современных "черных курильщиков", необходимые для сравнительного анализа. Автор выражает искреннюю признательность своему научному руководителю д.г.-м.н. проф. В. В. Зайкову, а также д.г.-м.н. В. В. Масленникову, проф. Р. Ларжу, к.г.-м.н. Л. В. Данюшевскому, к.г.-м.н. В. С. Каменецкому, к.г.-м.н. В. П. Молошагу, док. Р. Херрингтону за практическую помощь в выполнении исследований. Завершение работы было бы невозможно без поддержки со стороны директора Института минералогии УрО РАН член.-корр. РАН В. Н Анфилогова, а также без помощи сотрудников лаборатории прикладной минералогии и минерагении к.г.-м.н. Е. В. Белогуб, к.г.-м.н. Н. Р. Аюповой, к.г.-м.н. И. В. Синяковской.
Исследования по теме диссертации были поддержаны РФФИ (проекты 98-05-64718, 02-05-64821, 05-05-64532) и проектом № 14 в рамках приоритетной программы Президиума РАН "Мировой океан: геология, геодинамика, физика, биология".
Колчеданные месторождения Южного Урала
Палеозойские колчеданные месторождения Южного Урала приурочены к структурам Магнитогорско-Мугоджарской палеоостроводужной системы и Сакмарского спредингового бассейна [Зайков, 1991; Зайков и др., 2001; Основы..., 1995] (рис. 1.2.1.). Островодужная система представлена Западно- и- Восточно-Магнитогорскими островными дугами, разделяющим их Магнитогорским междуговым бассейном, Домбаровским задуговым бассейном. Помимо продольных зон на размещение колчеданных месторождений влияют скрытые . поперечные разломы, которыми обусловлена сегментация палеоостроводужных структур. Сегменты отличаются по набору, составу, морфологии вулканогенных структур и металлоносных отложений. Для энсиматических сегментов характерны толеитовые базальты и андезито-базальты с убогими марганценосными и оксидно-железистыми отложениями. В энсиалических сегментах под андезито-базальтами залегает бимодальная риолит-базальтовая серия с разнообразными месторождениями массивных сульфидов (тины уральский, куроко).
Колчеданоносные комплексы спрединговых бассейнов Южного Урала принадлежат" офиолитовой ассоциации и перекрывающей ее известково-щелочной серии [История..., 1984; Кориневский, 1988, 1991; Стратиграфия ..., 1993; Иванов, 1998]. В первую входят базальтовые комплексы: карамолинский (Ог) в Сакмарской зоне, мугоджарский (Dj.i) в Западно-Мугоджарской зоне, киембайский (D2) в Домбаровской зоне. Известково щелочной серии принадлежат риолит-базальтовые комплексы: блявинский (Si) в Сакмарской зоне, милыашинский (D2) в Западно-Мугоджарской, курмансайский и кутебайский (Рг) в Домбаровской.
В структурах Сакмарского спредингового бассейна колчеданные месторождения известны в Медногорском рудном районе и приурочены к риолит-базальтовому комплексу. Его возраст дискуссионен, но более убедительные данные имеются в пользу силура [Кориневский, 1991]. Главной рудоносной структурой района является Блявинско-Утягуловский трог длиной около 20 и шириной 3-4 км. В восточном борту трога располагаются медно-цинково-колчеданные месторождения уральского типа: Яман-Касы (см. рис. 1.2.1.), Разумовское, Комсомольское и Блявинское. В пределах Западно-Мугоджарского задугового бассейна широкое развитие получили колчеданные месторождения медно-колчеданной формации (Жарлы-Аша, Жангана, Летнее) кипрского типа и медно-цинково-колчеданной формации уральского типа (Лиманное, Кундузды, Жиланда).
Колчеданные месторождения панеоостроводуоісиьіх структур приурочены к риолит-базальтовым комплексам: баймак-бурибайскому в Западно-Магнитогорской дуге и карамалыташскому в Магнитогорском междуговом бассейне [Фролова, Бурикова. 1977; Сопко и др., 1975; Серавкин, 1986; Вулканизм..., 1992; Шарфман, 1989; Бобохов, 1991 и др.]. Для риолит-базальтовых комплексов характерна вертикальная и горизонтальная зональность в распределении пород и вариациях их химизма. Главной тенденцией-является гомодромная последовательность в излияниях сначала базальтовых лав, а затем риолито-дацитовых, что сопровождается повышением калиевости пород. Горизонтальная зональность выражается в последовательном увеличении от фронтальной к тыловой зоне островодужной системы количества кислых вулканитов и смене натриевых разностей калиезо-натриевыми. Для палеоостроводужных структур характерно развитие колчеданных залежей медно-цинково-колчеданной (Учатинское, Молодежное, Узельгинсксе, Сибайское, Гайское) формации уральского типа и колчеданно-полиметаллической (Таш-Тау, Александрийское) (см. рис. 1.2.1.) формации, относящейся к типу куроко.
На южном фланге Главного Уральского разлома находятся ряд месторождений кобальт-медно-колчеданной формации, испытавшие наиболее интенсивный динамометаморфизм - Ивановское, Дергамышское и Ишкининское [Зайков и др., 2001].
Месторождение Яман-Касы расположено в 5 км к юго-западу от г. Медногорск, в 1 км к северу от ст. Блява Оренбургской области и входит в состав Медногорского рудного района.
Геологическая позиция. Медногорский рудный район - это часть Сакмарской структурно-формационной зоны, которая является фрагментом спредингового бассейна (см. рис. 1.2.1.), существовавшего в ордовике-девоне на периферии Уральского палеоокеана. На основе геодинамических реконструкций Сакмарский бассейн имел ширину 300-400 км и длину около 800 км [История ..., 1984].
Рудовмещающей структурой месторождения является Блявинская синформа овальной формы с поперечником около 10 км. В ее подошве залегает серпентинитовый меланж, а разрез представлен тремя тектоническими пластинами ордовикских, силурийских и . девонских осадочно-вулканогенных .отложений (рис. 1.2.1.1.). Палеотектонические реконструкции, выполненные И. Б. Серавкиным и В.Т.Тищенко [Вулканизм..., 1992], показали; что рудоносные силурийские образования формировались в рифте шириной 3-5 км.
Рудовмещающий блявинскйй риолит-базальтовый комплекс силурийского возраста [Кориневский,. 1991] разделен на три толщи, соответствующие вулканическим.;ритмам гомодромного характера. Их общая мощность 500-800 м. По химическому составу и содержаниям РЗЭ породы блявинского комплекса являются промежуточными между окраипно-морскими толеитовыми и островодужными известково-щелочнымн сериями [Серавкин, Родичева, 1990]. Базальты блявинского комплекса имеют пониженную титанистость (ТіОг - 0.8%) и калиевость (К/ 0 — 0.5-0.7%). Риолиты и дациты относятся к натриевому типу с рядовыми содержаниями К.2О 0.8-1.9%. Для них характерно высокое содержание Zr (200 г/т).
.Яман-Касинекое месторождение разведано под руководством А. К. Германа в 1939— 1941 гг. Геологическое строение рудного поля изучалось А.Р.Вороновым, С. М. Кропачевым, позднее, в 60-80-х годах, Ю..С. Бородаевым, Г. В. Ручкиным, И. Б. Серавкиным, В.Т.Тищенко, Б. И. Хворовым, Г.Я.Яковлевым и др. В 1991 г. началась разработка месторождения. С 1992 г. сотрудниками Института минералогии УрО РАН (г. Миасс) проводились литолого-палеоэкологическое картирование и минералогическое исследование месторождения. Систематические наблюдения в карьере выполнялись В. В. Зайковым, В. В. Масленниковым, О. В. Трофимовым и автором, что позволило получить и опубликовать представительный материал по составу околорудных осадков и колчеданных руд [Зайков и др., 1994, 1995, 2001; Теленков, Масленников, 1995;
Трубы палеозойских " черных курильщиков"
Яман-касинекие трубы характеризуются большим морфологическим разнообразием Трубы имеют овальную, удлиненно-вытянутую или "разлапистукУ форму поперечного сечения (рис. 2.2.1.1.а-г). При этом наибольшим вариациям мощности подвержена халькопиритовая зона, которая вследствие этого приобретает самый разный облик (см. рис. 2.2.1.1.д-е). Изредка встречаются трубы, в основном, мелкие по размеру, которые имеют одну общую наружную оболочку. При этом соседствующие трубы могут отличаться как по внешнему облику, так и по составу (см. рис. 2.2.1.1.ж, з). Это часто наблюдается и в современных трубах. Результаты измерений 84 образцов показали, что распределение диаметров яман-касинских труб несимметричное - модальное значение составляет 3.1 см, что очень близко среднему диаметру труб большинства современных "черных курильщиков" (3.5 см).
По составу сульфидные трубы Яман-Касинского месторождения можно подразделить на три группы, образующие непрерывный ряд, построенный по убыванию количества халькопирита и нарастанию содержаний сфалерита и галенита: медно-колчеданные; медно-цинково-колчеданные; колчеданно-полиметаллические. Большинство александрийских труб относятся к последнему типу. Каждый из типов труб обладает зональным строением и состоит из оболочки (зона А), крустификации внутренней стенки (зона В) и осевого канала (зона С). В каждой зоне можно выделить две-три подзоны, представляющие собой отдельную микрофацию или совокупность микрофаций. Термин "микрофация" в данном случае означает микроскопическую часть трубы, отличающейся от другой части комплексом текстурно-структурных, минералогических, геохимических и других генетических признаков, отражающих специфические условия минералообразования [Масленникова, 2003]. Микрофациальный анализ успешно используется для реконструкции истории формирования труб современных "белых и черных курильщиков" [Eldridge et al., 1983; Gracham et al., 1988; Halbach et al., 2003]. По этим признакам выявлены гидротермально-осадочные, гидротермально-метасоматические и гидротермально-крустификационные микрофации палеогидротермальных труб (табл. 2.2.1.).
Медно-колчеданные трубы залегают в серном и цинковом колчедане в кровле сульфидного холма в положении in situ и не имеют широкого распространения на Яман-Касинском месторождении. В строении труб этого типа выделяются две, реже три главные зоны.
1) Халькопирит-пиритовая труба. Обр J 380-32 (рис. 2.2.1.2.а). Труба отличается, присутствием всех морфологических разновидностей пирита и характеризуется развитием только двух частей: оболочки (зона А) и внутренней стенки (зона В).
Зона А состоит из нескольких подзон: наружная (А1) сложена ламинарным колломорфным пиритом, переходящим в почковидный и далее в массивный пирит (см. рис. 2.2.1.2.6, в). В последнем обнаружены псевдоморфозы тонкодисперсного темного материала по удлиненно-таблитчатым кристаллам ангидрита (или пирротина). В средней подзоне (А2) появляется ксеноморфный зернистый пирит, часто разбитый трещинами на многочисленные блоки разных размеров (см. рис. 2.2.1.2.г). Интерстиции между выделениями пирита заняты халькопиритом. Во внутренней подзоне (A3) появляются кубические кристаллы пирита, размеры которых возрастают (от 10 до 200 мкм) по мере приближения к халькопиритовой зоне (см. рис. 2.2.1.2.д).
Зона В представляет собой крустификацию внутренней стенки трубы друзовыми агрегатами халькопирита. В ее наружной части (В1) встречаются единичные кубические кристаллы пирита. В средней части (В2) халькопирит не содержит примесных минералов. Сфалерит встречается в виде редких тонких извилистых прослоев. Зерна пирита вновь появляются во внутренней подзоне (ВЗ), которая соответсвует позиции осевого канала (см. рис. 2.2.1.2.е).
2) Марказит-пирит-халькопиритовая труба. Обр. ЯК-г. Труба напоминает по строению предыдущую разновидность труб, однако в оболочке этой трубы появляется марказит, а в халькопирите зоны В встречены обильные включения теллуровисмутита, фробергита, сильванита, алтаита, штютцита, реже петцита в сочетании с более поздним галенитом.
3) Кварц-марказит-халъкопиритовая труба Обр. Y-2001-209b (рис. 2.2.1.3.а). В трубе присутствуют все три зоны, характеризующие более полную историю минералообразования по сравнению с предыдущими образцами.
Зона А, проявились в совместном срастании почковидных обособлений колломорфного и ангедрального пирита (см. рис. 2.2.1.3.6). Интерстиции между почками занимают халькопирит и крупнозернистый марказит. Местами агрегаты ангедрального пирита микробрекчированы с цементацией фрагментов в кварцев.
Зона В четко отделена от наружной зоны обрамлением, состоящим из нескольких слоев, характеризующих отдельные микрофации (см. рис. 2.2.1.3.в). Самая наружная представлена колломорфным пиритом, который сменяется субгедральными кристаллами пирита. Местами колломорфный слой отсутствует, а кубические кристаллы .пирига "плавают" в кварцевом цементе. Остальную часть крустификации составляют друзовые кристаллы халькопирита. Мощность халькопириювой зоны сильно варьирует. В наиболее узких сегментах вдоль внешней границы подзоны В1 концентрируется вкрапленность алтаита, реликтового сурмянистого теллуровисмутита, колорадоита, кобальтового фробергита, самородного теллура и его оксидов (см. рис. 2.2.1.3.е). По направлению к осевой части трубы теллуриды исчезают.
Зона С, представляющая осевой канал, так же, как и халькопиритовая зона, окаймлена снаружи несколькими слойками, которые представляют переход от одной микрофации к другой (см. рис. 2.2.1.3.г). Самый внешний из них сложен колломорфным пиритом, сменяющимся по разрезу суб- и эвгедральными кристаллами пирита. По мере приближения к центру крупные агрегаты ксеноморфного зернистого пирита замещаются крупнозернистым марказитом, который корродируется более поздним халькопиритом. Местами марказит, наиболее приближенный к каналу, наблюдается в виде агрегатов, разбитых продольными трещинами на блоки (см. рис. 2.2.1.3.д). Центральную часть канала занимает кварц, в котором присутствуют эвгедральные кристаллы пирита.
4) Халькопирит-пирит-марказит-кварцевая труба. Обр. Y—SV— 47.
Зона А. Оболочка трубы сложена ламинарным и почковидным колломорфным пиритом. В интерстициях между почками в подзоне А2 встречаются участки, обогащенные псевдоморфозами тонкодисперсного пирита по ангидриту. Признаки
собирательной перекристаллизации и метасоматоза в зоне A3 практически отсутствуют. Лишь местами колломорфный пирит превращен в мелкозернистые агрегаты.
Зона В В отличие от предыдущих труб, халькопиритовая крустификация проявлена незначительно и фрагментарно. Местами наблюдаются признаки растворения халькопирит, в котором вместо теллуридов присутствуют многочисленные выделения теннантита.
Зона С. Осевой канал трубы заполнен преимущественно кварцем и частично марказитом. В кварце встречаются многочисленные включения теннантита и тетраэдрита,, гораздо реже - микроскопические выделения борнита и срастания ковеллина с минералом, близким по составу к дигениту.
Таким образом, по порядку образцов можно выделить медно-колчеданный ряд труб, в пределах которого от первой трубы к последней наблюдается уменьшение содержаний халькопирита при одновременном увеличении количества кварца и возрастании роли марказита. В пределах этого же ряда уменьшается значение гидротермально-метасоматической микрофации: размеры эвгедральпых кристаллов пирита, характерные для этой миркофации, существенно уменьшаются, а вместо халькопирита появляется псевдоморфный кварц. В этом же направлении изменяется состав акцессорной минерализации: вместо теллуридов появляются блеклые руды и борнит.
Медно-щшково-колчеданные трубы обладают наибольшей распространенностью на месторождении Яман-Касы. Они обнаружены в сфалеритовых и пиритовых рудах в кровле и на флангах рудного тела.
1) Сфачерит-марказит-пирит-халъкоггиритован труба. Обр. Y-2001—147 (рис. 2.2.1.4.а). Труба характеризуется широким развитием халькопирита в качестве цемента в наружной зоне и в виде почек в переходной области между внутренней стенкой и осевым каналом.
Зони А в наружной части (подзона А1) представлена колломорфным пирит-марказитовым слоем, переходящим в почковидные агрегаты, краевые части которых частично замешены марказитом (см. рис. 2.2.1.4.6). В интерстициях встречаются кристаллы халькопирит-изокубанитового состава, обросшие сфалеритом и кварцем (см. рис. 2.2.1.4.в). Во внутренней части оболочки трубы псевдоморный халькопирит цементирует реликтовые фрагменты колломорфного пирита и обычные для этой подзоны (A3) обильные эвгедральные кристаллы пирита и кварца. Ближе к следующей зоне В размер кристаллов пирита возрастает.
Самородные элементы
Самородное золото колчеданных месторождений Урала изучалось Н. В. Петровской, М. И. Новгородовой, Г. Н. Пшеничным, В. П. Молошагом, П. Я. Ярошем, В. В. Мурзиным, В. В. Зайковым и другими [Ярош и др., 1975; Новгородова и др., 1977; Мурзин, Молошаг, 1986]. Тонкодисперсное золото присутствует в раннепиритовой ассоциации с кварцем и хлоритом. В свободном состоянии золото встречается в халькопирит-сфалерит-пиритовой ассоциации. Наиболее крупные выделения самородного золота наблюдаются в борнитсодержащих рудах. Частота встречаемости золотин в рудах в виде включений или сростков с минералами увеличивается в следующем ряду: барит — кварц - пирротин - пирит - сфалерит — борнит - блеклая руда - халькопирит [Пшеничный, 1976]. В поздних ассоциациях с теллуридами золото присутствует практически постоянно. Выделяются два основных микропарагенезиса теллуридов: калаверит-креннерит-петцит-золото и креннерит-сильванит-гессит-золото [Минералогия..., 1990]. Кроме золото-серебряных теллуридов, в парагенезисах с золотом присутствуют теллуриды и сульфотеллуриды висмута, свинца, железа, трути и другие (теллуровисмутит, алтаит, фробергит, колорадоит и др.).
В отличие от серебра, для которого характерна четкая тенденция увеличения содержания от Си и Cu-Zn к Cu-Zn-Pb соответственно возрастанию содержаний РЬ и галенита, в случае с золотом наблюдается меньшая определенность [Еремин и др., 2002]. В уральском типе содержания Аи сопоставимы с алтайскими месторождениями, но уступают месторождениям Куроко. В то же время отмечаются пробы со значительными содержаниями Аи (до 2 г/т и более) для месторождений кипрского типа.
В колчеданных рудах золото присутствует в виде обособлений (1-100 мкм) собственных минералов (самородное золото, теллуриды золота) и более мелкого "невидимого" металла в сульфидах [Викентьев, 2003]. Кроме этого, Аи содержится в виде примесей в других теллуридах (алтаите 0.02-5.2 мае. %, гессите 0.02-0.63 мае. %, тетрадимите и самородном теллуре 0.2 мас.%). Содержания Аи в колчеданных рудах составляют 0.5-1.5 г/т. Присутствуют зоны обогащения руд золотом до 2-2.5 г/т с единичными значениями 7-15 и даже 90 г/т. В этом случае в рудах повышены содержания Ва, Те, As, иногда Hg, Se [Викентьев и др., 2002]. Наиболее крупные золотины размером 100-1000 мкм установлены на месторождениях, руды которых испытали существенное метаморфическое воздействие. При слабых преобразованиях рудных залежей весьма редкими являются выделения золота размером 5-25 мкм. Положительная корреляция содержаний золота и меди отражает более предпочтительное вхождение его в халькопирит и блеклые руды, чем в сфалерит. Халькопирит, пирит, борнит, As-пирит, по-видимому, чаще всего характеризуются присутствием золота в виде изоморфной примеси с увеличением его концентрации от первого к последнему. В сфалерите и галените повышенные концентрации золота, вероятно, обеспечиваются присутствием субмикронных включений золотосодержащих минералов: в первом - в основном халькопирит, во втором — теллуриды и блеклая руда.
В палеогидротермальных трубах месторождения Яман-Касы самородное золото, в основном, присутствует в качестве "невидимого" металла в сульфидах. О присутствии золота в сульфидах можно судить по данным атомно-абсорбционного анализа (прил 13). Содержание Аи по трубам в среднем составляет 36.2 г/т. Наибольшее количество золота (а также серебра) связано с халькопиритом внутренней инкрустации (в среднем 62.5 г/т, аномальные концентрации до 221 г/т). В сфалерите содержание золота составляет в среднем 22.1 г/т. В трубе с аномальными концентрациями Аи, золото присутствует и как видимое в виде зерен размером от 10 до 50 мкм, удлиненной или чаще изометричной формы с заливчатыми краями (рис. 3.5.1.). Реже встречаются сглаженно-угловатые включения золота. Труба характеризуется выдержанной по мощности внутренней халькопиритовой зоной. Зерна золота наблюдаются в халькопирите вблизи контакта с осевым каналом или непосредственно на границе с ним в тесной ассоциации с галенитом.
Для золота из яман-касинских труб характерны примеси Си, Fe, S, Те и Ві (прил. 14). Частицы золота из пиритовых, халькопиритовых и галенит-сфалеритовых агрегатов обычно содержат заметные количества Fe, Си, РЬ, менее Zn [Петровская, 1977]. Электронно-зондовые исследования выявляют в золотинах реликтовые микровключения (0.5-5 мкм) упомянутых минералов. Возможно, и в данном случае повышенные (по сравнению с справочными данными) содержания Си, Fe, S обязаны халькопиритовой матрице, однако недостаточно серы для пересчета содержаний Си и Аи на состав халькопирита. Содержание золота в яман-касинских трубах варьирует в пределах 77-82 мае. % (серебро 14-19 мае. %). По сравнению с ним, золото из фрагмента трубы, взятое из рудокластической пачки, характеризуется более узким интервалом изменения содержаний 82-85 мас.% при почти постоянной концентрации серебра - около 16 мас.% (см. прил. 14). По соотношению Au/Ag (4.5-5.6) золото из яман-касинских труб сопоставимо с золотом из гидротермальных и кластогенных руд других колчеданных месторождений Урала.
Содержание золота в сульфидах из палеогидротермальных труб месторождения Александрийское на порядок меньше по сравнению с яман-касинскими трубами и составляет в среднем 5.4 г/т (прил. 15). Аномальные (до 26 г/т) концентрации Аи также связаны с халькопиритом, однако среднее содержание золота в этом сульфиде лишь ненамного превышает средние содержания золота в сфалерите - 7.8 и 3.7 г/т, соответственно. При этом наибольшее количество серебра концентрируется в сфалерите (103.7 г/т), а не в халькопирите, как это наблюдалось в яман-касинских трубах. Видимое золото в трубах месторождения Александрийское встречается, в основном, в сфалерите (см. рис. З.5.1.). Зерна золота размером от 10 до 40 мкм были обнаружены в одной из труб (А-2001-1) в сфалеритовой зоне, в которой присутствуют включения халькопирита, пирита, галенита и теннантита. Золото встречается в виде отдельных обособлений или в ассоциации с халькопиритом, пиритом и галенитом.
Содержание Аи в золотинах колеблется в пределах 81-86 мас.% (прил. 16). Чуть повышенные концентрации Аи (82-88 мас.%) наблюдаются в другой трубе (566-42) (см. прил. 16), в которой самородное золото обнаружено в кристаллах сфалерита в виде мелких (2-10 мкм) сглаженно-угловатых включений. Ограничения золота ровные без следов растворения. Золото встречается в ассоциации с тонкодисперсным гесситом, который фиксирует границы более крупных реликтовых зерен, замещенных сфалеритом [Масленников и др., 2001]. В составе золота присутствует Те (0.03-0.11 мас.%), местами - Bi до 0.25 мас.% (см. прил. 16). Пониженные содержания Аи (78-80 мас.%) при повышенных Ag (21-22 мас.%) и отсутствие Bi характерно для золотин той же трубы, но обнаруженных в халькопирите наружной зоны, псевдоморфно заместившей колломорфные агрегаты пирита. Здесь также присутствуют выделения галенита и вкрапленность теннантита. Изменения в содержании Аи в пределах одной трубы отражаются и на пробности золота. Золото, заключенное в гидротермальном сфалерите является относительно высокопробным (855-894). Золотины, встреченные в оболочке трубки, характеризуются более низкой пробностыо (783-793) и приближаются к электруму.
Геохимическая специализация палеогидротермальных труб
Данные по геохимической специализации палеозойских "курильщиков" появились только в последнее время [Масленникова, Прожерова, 2002]. Основные результаты были получены на основе наиболее современного геохимического метода - масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС). Яман-касинские трубы отличаются от александринских повышенными содержаниями Со, In, Sn, Au, Ві, Те (рис. 4.5.1, см. прилож. 27, 28) Очевидно, эта ассоциация с одной стороны отражает влияние офиолитового фундамента на геохимическую специализациию яман-касинских труб (Со, Аи), с другой - свидетельствует о присутствии в геологическом разрезе вулканических и магматических пород кислого состава (Sn). Повышенные содержания In, вероятно, отражают более высокотемпературные условия минералообразования. Об этом же свидетельствует присутствие высокотемпературной теллуридной минерализации (Ві, Те). Александрийские трубы характеризуются более высокими содержаниями Cd, Pb, ТІ, указывающими на сфалерит-галенитовую специализацию труб. Высокие концентрации Мо свидетельствуют о преобладании высоко-среднетемпературного халькопирита над высокотемпературным и низкотемпературным (см. раздел 4.3.).
Следующая задача данного раздела состоит в сравнении различных типов труб Яман-Касинского и Александрийского месторождений в ряду от медноколчеданных (М) через медно-цинково-колчеданные (МЦ) к колчеданно-полиметаллическим (П). Анализировались валовые средние содержания в оболочке (зона А - пирит, марказит, сфалерит), в крустификации внутренней стенки трубы (зона В - халькопирит) и в осевом канале (зона С - сфалерит). Для того, чтобы исключить влияние других минералов использовались объединенные результаты ЛА-ИСП-МС дисульфидов железа, халькопирита и сфалерита. Графическое изображение распределения микроэлементов представлено на рис 4.5.2. Наблюдается корреляция трендов элементов-примесей по различным зонам. Средние зодержания Sn убывают от медноколчеданных труб к колчеданно-полиметаллическим. В этом же ряду возрастают содержания Мо. Содержания Bi, Au, Ag, Со возрастают в середине ряда — в медно-цинково-колчеданных трубах, очевидно, в первую очередь за счет обилия теллуридов этих металлов. Так же, как и по данным ИСП-МС, яман-касинские трубы отличаются от александрийских повышенными " содержаниями Со, Mn, Sn, Au, Ві, ТІ, и пониженными содержаниями Mo и Cd (прилож. 41, рис. 4.5.2). Пониженные по данным ЛА-ИСП-МС содержания ТІ в трубах Александрийского месторождения объясняются укрупнением микровлючений галенита -основного носителя этого элемента, которые не попадали в расчеты из-за точечного характера анализа.
Сравнение трендов показывает, что установленная ранее (разделы 4.2., 4.3., 4.4.), концентрация Bi, Mo, Au, Ag в халькопиритовой зоне В характерна прежде всего для яман-касинских труб, тогда как в халькопиритовой зоне александрийских труб содержания этих элементов самые низкие. В целом, это согласуется с особенностями распределения редких минералов и прежде всего самородного золота. Преобладание As и Мп в сульфидах осевого канала и оболочки труб, по сравнению с халькопиритовой крустификацией, является устойчивым для большинства труб (см. рис. 4.5.2). Очевидно, распределение As совпадает с позицией теннантита, встречающегося как в осевом канале, так и в оболочке труб. Вариации содержаний микроэлементов по отдельным трубам не носят закономерного характера и объясняются частными особенностями состава акцессорной минерализации в каждой трубе (см. гл. 23.).
Первоначальная попытка исследования изотопии серы в палеогидротермальных трубах была предпринята в NERC Isotope Geosciences Laboratory (Keyworth, England) [Масленникова, 2003]. С этой целью проводилось опробование каждой зоны (микрофации) механическим буром диаметром 1-2 мм с дальнейшим анализом на масс-спектрометре в ручном режиме.
Изотопный состав серы изучался на примере 6 труб из месторождения Яман-Касы и 3 труб из месторождения Александрийское. Отобранные для исследования яман-касинские трубы относятся к разным типам. Краткая характеристика их строения и минеральный состав представлены в прилож. 42. Сульфидные трубы Александрийского месторождения принадлежат одному (полиметаллическому) типу, но отличаются между собой по составу наружной зоны (прилож. 43).
Изотопный состав сульфидов из палеогидротермальных трубок месторождения Яман-Касы (6S34 от -1.3 до +1.5%о) (рис. 4.6.1., см. прилож. 42) гораздо легче изотопного состава серы сульфидов из палеогидротермальных трубок Александрийского месторождения (5S34 от -0.2 до +3.9%о) (рис. 4.6.2., см. прилож. 43). В наружной зоне яман-касинских труб наблюдается облегчение изотопного состава серы (8S от -1.3 до +1.0%о) по сравнению с внутренней крустификацией и осевым каналом (5S34 от -0.5 до +1.5%о и от -0.4 до +1.5%о, соответственно). Несмотря на близкие значения пределов колебаний 8S 4 во внутренней и центральной частях труб между самими трубами обнаружены значительные вариации значений. Особенно это характерно для полиметаллической трубы 98-5-23, которая отличается более тяжелым изотопным составом серы (см. прилож. 42) и более близка к александрийским трубам.
Для каждой из трубок Александрийского месторождения характерно возрастание значений 5S34 от оболочки к осевой части (5S34 от -0.2 до +3.9%о). При этом, как и в яман-касинских трубках, оболочка обеднена изотопом 8S34 (5S34 от -0.2 до +2.5%о) по сравнению с зонами А и В: 8S34 от +2.0 до +3.1 %о и от +2.4 до +3.9%о, соответственно. Единственное отрицательное значение 8S34 (-0.2%о) характерно для псевдоморфного халькопирита, заместившего колломорфный пирит.
Новые данные по изотопии серы палеогидротермальных труб явились результатом использования более современного оборудования и методики, которая успешно реализуется в Универститсте Тасмании (г. Хобарт, Австралия) [Масленникова, 2004]. Метод основан на применении лазерного пробоотборника с диаметром пучка 100 мкм для исключения влияния минеральных микропримесей. Анализу подвергались минеральные индивиды в полированных пластинках толщиной 200 мкм. Абсолютная погрешность анализов не превышала 0.2%о. Новым методом были проанализированы три яман-касинские и одна александрийская трубы. Их краткая характеристика представлена в прилож. 44.
Полученные данные, в целом, согласуются с предыдущими результатами изотопного анализа порошковых проб каждой из зон палеогидротермальных труб двух месторождений [Масленникова, 2002]. При этом наблюдается тенденция в возрастании как отрицательных, так и положительных значений 8S34. Изотопный состав сульфидов из палеогидротермальных трубок месторождения Яман-Касы (8S34 от -2.24 до +1.4%о) (рис. 4.6.3., см. прилож. 44) гораздо легче изотопного состава серы сульфидов из палеогидротермальной трубы Александрийского месторождения (8S4 от +1.53 до +6.28%о) (рис. 4.6.4., см. прилож. 44).