Содержание к диссертации
Введение
1. Геологическое строение, метаморфизм и основные черты истории развития Мраморской зоны смятия 11
1.1 Структурно-тектоническая позиция зоны 11
1.2 Геологическое строение. Стратифицированные комплексы 18
1.3 Интрузивные комплексы 24
1.4 Общая характеристика метаморфизма и метасоматоза 42
1.4 Типоморфные признаки восстановительного режима формирования Мраморской зоны смятия 46
2. Углеродистый метасоматоз Мраморской зоны смятия 48
2.1 Общая характеристика процесса углеродистого метасоматоза и его связь с оруденепием 48
2.2 Вещественный состав и основные характеристики органического вещества Мраморской площади 53
2.3 Особенности проявления углеродистого метасоматоза, элементы его зональности и разновидности метасоматитов 72
2.4 Состав и особенности распространения углеродистого вещества по данным минераграфических исследований 86
2.5 Анализ относительного поведения химических элементов в процессе углеродистого метасоматоза 90
2.6 Степень преобразования органического вещества как отражение метаморфических и метасоматических процессов в Мраморской зоне 96
2.7 Сравнительная характеристика ОВ Мраморской зоны, рудного поля Муруптау и Воронцевского месторождения поданным термических анализов 99
2.8 Предполагаемые источники ОВ в процессе углеродистого метасоматоза 103
3. Особенности Au-рудных средне- и низкотемпературных метасоматических процессов в условиях восстановительного режима и их связь с углеродистым метасоматозом 106
4. Золотое оруденение Мраморской зоны смятия 125
4.1 Золотое оруденение I этапа, связанное с березит-лиственитовой формацией 129
4.2 Золотое оруденение Н-го этапа и его связь с углеродистым метасоматозом 144
4.3 Анализ взаимоотношений двух Au-рудных этапов 150
5. Самородные металлы Мраморской зоны 158
5.1 Обзор распространенности различных ассоциаций самородных металлов в природе 158
5.2 Методика опробования и обработки проб 166
5.3 Типоморфные особенности и вещественный состав самородных металлов Мраморской площади 175
Система Cu-Zn 175
Система Sn-Sb-Pb 198
Система Fe-Cr(Ni) 206
Самородный алюминий 212
Анализ возможных механизмов образования и условий сохранения самородных металлов в природе 216
Заключение 224
- Интрузивные комплексы
- Особенности проявления углеродистого метасоматоза, элементы его зональности и разновидности метасоматитов
- Степень преобразования органического вещества как отражение метаморфических и метасоматических процессов в Мраморской зоне
- Золотое оруденение Н-го этапа и его связь с углеродистым метасоматозом
Введение к работе
Отработанность большей части россыпей в старых горнорудных районах Урала (Миасский, Полевской, Невьянский и др.) повышает интерес к поискам золоторудных месторождений, доступных для эксплуатации современными технологичными методами. Территория, включающая в себя Мраморскую зону смятия, издавна славилась как один из богатейших золотороссыпных районов Среднего Урала. Однако, до недавнего времени рудные объекты здесь не были известны. В течение 70-х - 90-х годов прошлого века в этом районе неоднократно проводились поисковые работы на рудное золото (Калугина 1971ф; Джмухадзе 1988ф, 1991ф; Ярославцев 1995ф), которые в целом поддерживали положительную оценку перспективности зоны, но не давали выхода на конкретные объекты. При этом каждый раз обосновывались разные типы предполагаемого оруденепия: золотосодержащий сульфидно-никелевый, «воронцовский» и «светлинский» типы. Причина была, по-видимому, в недостаточной детальности исследований такого сложного по своему геологическому строению и в значительной степени закрытого района. В результате проведенных в 1999-2003 гг. поисковых работ, при непосредственном участии автора, на Мраморской площади было открыто золоторудное проявление Водораздельное и ряд перспективных золотоносных зон, характеризующих существенно восстановительный режим рудообразования. Изучение особенностей Мраморской рудно-метасоматической системы позволяет определить условия и закономерности локализации золотого оруденепия в пределах зоны, уточнить критерии прогнозирования на рудное золото значительной территории в западном (сланцевом) обрамлении Сысертско-Ильменогорской структуры и других аналогичных шовных зон Урала.
Цель работы
Изучение основных черт геологического строения Мраморской зоны смятия, которые определяют или могут определять локализацию золотого оруденения. Выявление условий формирования установленного оруденения, и определение его геолого-генетических особенностей.
Задачи исследований
- Изучение особенностей проявления магматических и метаморфических процессов
в Мраморской зоне смятия, которые могут определять локализацию Аи-оруденения.
— Изучение и типизация метасоматических процессов, выявление рудно-метасома
тической зональности и взаимосвязей различных метасоматических процессов с этапами
формирования и типами золотого оруденения.
Исследование условий нахождения рассеянного органического вещества (РОВ) в различных типах пород, комплексное изучение его вещественного состава и анализ возможных связей с золотым оруденением.
Изучение сопутствующей золотому оруденению ассоциации самородных металлов и их комплексных соединений, а также закономерностей их связи с золотом.
Фактический материал и методы исследований
В основу диссертации положены материалы, собранные автором в процессе проведения полевых и камеральных работ в качестве ведущего геолога Мраморского отряда Уральской геолого-поисковой партии ОАО УГСЭ. Работы выполнялись в рамках поискового проекта на рудное золото в пределах Мраморско-Кособродской площади в период с января 1999 г. по декабрь 2003 г. Автор принимал непосредственное участие во всех видах полевых работ: поисковые и картировочные маршруты, документация горных выработок и керна поисковых скважин, промывка шлиховых проб и обработка шлихов. Автором изучено > 1000 шлифов, выполнен сокращенный минералогический анализ с отбором монофракций золота и сопутствующих самородных металлов по > 3000 шлиховых проб. В процессе обработки материалов проведены следующие аналитические исследования: рентгеноструктурный анализ метасоматически измененных пород (5проб) - аналитик Т.Я. Гуляева (ИГГ УрО РАН); рентгеноструктурный и термический анализы проб, содержащих УВ (6 проб) - аналитики Т.Я. Гуляева и В.Г. Петрищева (ИГГ УрО РАН); химический анализ на суммарное содержание углеводородов в мраморах (флюориметрический метод, 3 пробы) - аналитик Н.В. Филиппова (ОАО «УЦЛ»); элементный «СНЫ8»-апализ искусственно обогащенных проб с УВ (8 проб) -исполнитель Л.Н. Баженова, ИОС УрО РАН; рентгеноструктурный анализ отдельных минералов (15 определений) - аналитик С.Г. Суставов (УГГУ); нейтронно-активационный анализ содержания Аи в монофракции пирита (1 сводная проба) - исполнитель Т.А. Глушкова (Институт испытаний и сертификации минерального сырья при УГГУ). Самородные металлы и частично золото (всего 60 определений) изучены с помощью электронного микроскопа с энергодисперсионной приставкой «JSM-5300 LINK ISIS» (аналитик Л.О. Магазина, ИГЕМ РАН). Отдельные анализы самородных металлов выполнены на микроанализаторах «Cameca-MS» (аналитик В.Н. Осло-повских, УГГУ), и «JXA-5» (аналитик Е.С. Шагалов, ИГГ УрО РАН). В ГЕОХИ РАН под руководством зав. Лабораторией геохимии и аналитической химии благородных металлов И.Я. Кощеевой выполнены следующие исследования пород, содержащих органическое вещество: элементный анализ «CHNS» (10 проб), атомно-абсорбционный анализ на Аи и PGE (6 проб) и ИК-спектрометрия (2 определения). В работе использованы результаты
изучения гранулометрических и морфометричсских особенностей золота Л.А. Малюгиным (УГГУ), а также более 250 анализов золотин (РСМА «Cameca-MS», аналитик В.Н. Ослоповских, УГГУ), проведенных в рамках работ по поисковому проекту. Минерагра-фическое изучение аншлифов и нолировок (120 образцов) выполнено сотрудником Мра-морского отряда В.В. Александровым. Морфометрия самородных металлов и расчеты некоторых структурных характеристик выполнены А.А. Некрасовой при подготовке дипломной работы (руководители С.Г. Суставов и О.Б. Азовскова). Кроме того в диссертационной работе по мере необходимости использованы результаты массовых анализов выполненных в рамках работ по поисковому проекту: полуколичественного спектрального анализа на 31 элемент, атомно-абсорбционного и пробирного анализов па Аи, полного полуколичественного минералогического анализа, а также фазового анализа золота. Фотоработы выполнены В.В. Александровым.
Защищаемые положения
Мраморская зона смятия представляет собой крупную долгоживущую шовную структуру в северо-западном обрамлении Сысертско-Ильменогорского жесткого блока (Восточный склон Среднего Урала). Зона характеризуется сопряженностью полихронного магматизма, метаморфизма и рудно-метасоматических процессов, протекавших преимущественно в условиях восстановительного режима преобразования полигенного субстрата
Установлено многоэтапное наложение углеродистого метасоматоза на все комплексы пород Мраморской зоны смятия. Отличительными чертами его являются: несоответствие степени преобразования РОВ уровню метаморфизма вмещающих пород; сонахождение различных типов органического вещества (ОВ) от легких углеводородов и битумов (кериты и антраксолиты) до графита разной степени кристалличности и высокоотражающего графитоида; отсутствие четкой приуроченности углеродистого вещества пород к конкретным литологическим или стратиграфическим таксонам.
Выделяется два типа продуктивного эндогенного золотого оруденения. Первый (россыпеобразующий) тип аналогичен золото-сульфидно-кварцевому оруденению в ореолах метасоматитов березит-лиственитовой формации и связан с лайковым комплексом тоналит-плагиогранитового состава. Второй - нетрадиционный тип, представлен тонкодисперсным золотом, ассоциирующим с рассеянным органическим веществом, теллуридами, самородными металлами и их комплексными соединениями. Этот тип распространен во всех породных комплексах зоны.
4. Впервые для Среднего Урала установлена ассоциация акцессорных самородных металлов Си, Zn, Pb, Sn, Fe, Cr, Al, их интермсталлидов и природных сплавов, образование которых генетически связано с процессом углеродистого метасоматоза на завершающих этапах рудогенного процесса. Выявлены пространственные закономерности (элементы зональности) в распространении самородного золота и цинки-стой меди. Магнитная разновидность последней установлена впервые. Научная новизна
В результате проведенных исследований автором значительно уточнено геологическое строение территории, выявлены отличительные черты истории развития Мраморской зоны смятия, закономерности проявления метаморфических и метасоматических процессов, их связь с Аи-оруденением:
Автором впервые для Уральского региона установлен и детально изучен процесс углеродистого метасоматоза, проанализирована его связь с другими метасоматиче-скими процессами, сделана попытка сопоставления проявлений метасоматических процессов «окислительного» и «восстановительного» режимов.
Установлена связь углеродистого метасоматоза с золотым оруденением.
Выделено два типа (этапа) золоторудных процессов, которые разделены проявлениями метаморфизма. Первый тип сопоставим с березит-лиственитовой формацией. Второй (нетрадиционный) тип связан с развитием низкотемпературного углеродистого метасоматоза, который характеризуется не только ярко выраженными особенностями распределения золота и своеобразной рудной ассоциацией, но и признаками перераспределения и концентрации золотого оруденения первого этапа.
Автором впервые на Среднем Урале открыта и изучена обширная ассоциация самородных металлов, интермсталлидов и природных сплавов, которые непосредственно связаны со вторым этапом оруденения. На основании анализа литературных данных выявлено их максимальное сходство с аналогичным самороднометалльным комплексом Кумакского рудного района. Установлена генетическая связь самородного золота и цинкистой меди, выявлены новые, ранее не известные, разновидности последней.
Установлено широкое развитие в пределах Мраморской зоны даек и малых тел гранитоидов, большинство из которых ранее указывались на геологических картах как «кварц-серицитовые сланцы» и «плагиосланцы»; впервые выделены дайки субщелочного состава. Выявлены новые признаки существования на глубине
невскрытого гранитного плутона, в значительной степени определяющего характер
метаморфических и метасоматических процессов.
Практическая значимость работы
Одним из главных результатов исследований явилось открытие рудопроявления золота Водораздельное, по которому подсчитаны ресурсы категории Р| и Рг, а сам объект выставлен на конкурсное лицензирование для проведения оценочных работ с последующей добычей. Кроме указанного объекта установлено несколько менее детально изученных перспективных участков с аналогичными проявлениями рудно-метасоматических процессов, а также выделено пять протяженных золотоаномальных зон, выходящих за пределы изученной территории.
Проведенные работы, анализ материалов по ряду известных золоторудных месторождений позволяют установить комплекс типоморфных признаков золотого оруденения, связанного с существенно восстановительными условиями формирования и углеродистым метасоматозом и уточнить прогнозную оценку значительных территорий, где имеются признаки подобных процессов. Это касается не только собственно золоторудных объектов, связанных с присдвиговыми зонами смятия (шовными зонами), но и выделяемых в последнее время специфических золото-порфировых и золото-медно-порфировых месторождений «восстановленного» типа. (Миронов, Жмодик и др., 2001; Rowins, 2000).
Реализация результатов исследований и апробация работы
Значительная часть материалов проведенных исследований вошла составной частью в Отчет по результатам поисковых работ на рудное золото на Мраморско-Кособродской площади (2003ф), написанный совместно с В.Н. Кузнецовым при участии В.В.Александрова и А.А. Малюгина. Результаты исследований докладывались на сессии Уральского отделения ВМО в 2001 году; на Всероссийском симпозиуме «Геология, генезис и вопросы освоения комплексных месторождений благородных металлов» (ИГЕМ РАН, 2002); на Всероссийском совещании по современным проблемам фор.мацпопного анализа, петрологии и рудоносности магматических образований (Новосибирск, 2003); на конференции «Аналитическая химия Сибири» (Новосибирск 2004).
По теме диссертации опубликовано 14 статей и тезисов, 1 — в печати.
Структура и объем работы
Диссертация состоит из пяти глав и содержит 237 стр. текста, 22 таблицы, 135 рисунков и фотографий, сопровождается списком литературы из 215 наименований. Положение 1 раскрыто в главе 1 и, частично, в главах 3 и 4; положение 2 - в главе 2 и 3; положение 3 — в главе 4; и положение 4 - в главах 5 и, частично, 4.
Благодарности
Прежде всего автор хотел бы с благодарностью вспомнить выдающегося уральского геолога д. г.-м. н. М.С. Рапопорта, сотрудничество с которым во многом определило направление исследований. Автор признателен за поддержку и ценные советы главному геологу ОАО УГСЭ члену-корреспонденту РАН, -д. г.-м. н. К.К. Золоеву. В процессе обработки материалов автор консультировался по различным вопросам петрологии и мине-рагении с ведущими специалистами докторами геолого-минералогических наук: проф. А.Г. Баранниковым, В.Я. Левиным, проф. В.Н. Сазоновым и проф. Г.Б. Ферштатером, которым также выражает свою искреннюю благодарность.
Автор благодарен за большую помощь в проведении анализов и плодотворное сотрудничество: д. г.-м. н. Н.Г. Патык-Каре, к. г.-м. н. Н.В. Гореликовой (ИГЕМ РАН), к. г.-м. н. И.Я Кощеевой (ГЕОХИ РАН), а также - к. г.-м. н. Т.Я. Гуляевой и к. г.-м. н. В.Г. Петрищевой (ИГГ УрО РАН). Автор признателен всем специалистам, с которыми обсуждались отдельные вопросы, входящие в тему диссертации: докторам геолого-минералогических наук - проф. В.П. Алексееву, проф. Л.А. Банниковой, А.А. Ефимову, проф. И.А. Малахову, Л.А. Николаевой и проф. С.Г. Паняку; кандидатам геолого-минералогических наук-доц. B.C. Балахонову, АЛО. Кисину, Е.С. Рахову, Е.В. Пушкаре-ву, В.В. Середину и доц. С.Г. Суставову, ведущим специалистам ОАО УГСЭ и УГОМЭ -З.М. Глсбовой, Г.А. Глушковой, К.А. Зубареву и Н.И. Рудице. Выполнение работы было бы невозможно без поддержки и помощи ближайших коллег и друзей: начальника Мра-морского отряда В.Н. Кузнецова, к. г.-м. н. доц. А.А. Малюгина, к. х. н. М.Ю. Янченко, к. г.-м. н. Е.А. Зинысовой, минералога СВ. Акуловой, молодых специалистов Уральской ГПП В.В. Александрова и А.А. Некрасовой.
Особую признательность хотелось бы выразить директору музея им. Ферсмана РАН, д. г.-м. н. М.И. Новгородовой за ценные советы и моральную поддержку.
Автор искренне благодарен своему научному руководителю д. г.-м. н. А.И. Грабеже-ву за многолетнее терпение и мудрый стиль руководства.
Интрузивные комплексы
Интрузивные образования Мраморской площади по данным геологосъёмочных работ относятся к дунит-гарцбургитовой альпинотипной формации (восточно-тагильский комплекс 02-з vt), габбровой формации (балтымский комплекс ОзЬ) и различным комплексам (чусовской, шабровский, осиновский) верхисетской серии (D3-C3V), состав которых варьирует от диорит-топалит-плагиогранитового до гранодиорит-гранитового (Калугина, 1971ф; Ярославцев,1995ф). Восточно-тагильский комплекс (О2-3 vt) К этому комплексу были отнесены все массивы и разрозненные небольшие тела ультрабазитового состава Мраморской площади, в том числе наиболее крупный из них - Мраморский, занимающий всю восточную часть площади (рис. 1.2 и 1.3) Большой объем петрографических исследований позволил установить преимущественное развитие среди ультрабазитов района перекристаллизованных и десерпептинизи-рованных пород и метаультрабазитов тальк-карбонатного, хлорит-тальк-карбонатного, талькового состава, реже - тремолитовых разностей. Первичные ультраосновные породы (дуниты, гарцбургиты и др.) не встречаются даже в виде реликтов. Наименее изменёнными ультраосновными породами площади являются антигорито-вые серпентиниты, которые обычно сохраняются в виде небольших участков среди более метаморфизованных разностей. Серпентиниты претерпели ещё по меньшей мере 3-х этапный метаморфизм: 1 - образование тальк-карбонатных, хлорит-тальк-карбонатных пород и талькитов; 2 - частичную регенерацию с образованием оливин-антигоритовых, перекристаллизованных антигоритовых и антигорит-тальк-карбонатных пород; 3 - наложение регрессивной хризотил-лизардитовои серпентинизации на оливин-антигоритовые породы (рис. 1.4-1.10). Десерпентинизированные разности представлены оливин-антигоритовыми породами, с которыми ассоциируют перекристаллизованные аптигоритовые серпентиниты (антигорит П-ой генерации) и антигорит-тальк-карбонатные, иногда - антигорит-тальковые (± хлорит) породы, где крупнолистоватый антигорит образуется по карбонату тальк-карбонатной матрицы (рис. 1.8 - 1.10). Более высокотемпературные оливин-энстатитовые породы описаны в северо-восточной части Мраморского ультрабазитового массива, за пределами изученной площади (Ярославцев и др., 1995ф). Оливин-антигоритовыми породами и перекристаллизованными антигоритовыми серпентинитами сложен Западный ультрабазитовый массив. На Мраморском массиве частично регенерированные породы представлены тальк-карбонат-антигоритовыми и оливин-антигоритовыми разностями. Аналогичные метаультрабазиты развиты в пределах Станционного и во внутренних зонах Южного массивов.
Талькиты, хлорит-тальк-карбонатные, хлорит-тальковые, тремолит-тальк-карбонатные и тремолит (хлорит)-тальковые породы встречаются как разновидности среди других метаультрабазитов или во внешних метасоматических ореолах на контактах с гранитоидными дайками, телами хлоритолитов, в краевых частях зон развития углеродистых метасоматитов (рис. 1.11, 1.16). Актинолит- и флогопит-тальковые (± хлорит, карбонат, эпидот-клиноцоизит) разности, обычно приурочены к внутренним контактовым ореолам вблизи гранитоидных даек (рис. 1.15 и 3.15). Встречаются и экзотические калишпат-тальковые породы и талькиты с порфиробластами сфена (рис. 1.14, 1.17). Для Мраморского и, в меньшей степени, для других массивов характерно обилие дайкообразных хлори-толитовых тел (рис. 1.18, 1.19). Нередко среди апоультрабазитовых метасоматитов встречаются листвениты и лист-венитоподобные породы, особенно в северной, северо-восточной частях площади. В корах выветривания зоны лиственитизации картируются по гнездовым выделениям фуксита, фуксит-кремнисто-лимонитовым сухарям и общей обохренности. Серые листвениты типичны для южной части площади (рис. 3.9, 3.10). Перекристаллизованные антигоритовые серпентиниты содержат от 20-30% до 100% антигорита П-ой генерации, который отличается от антигорита I формами выделения (крупнолистоватый с удлиненными лапчатыми лейстами, метельчатый, средне- и крупнопластинчатый; структуры беспорядочные, сноповидно-лучистые, перекрещенные), размерами индивидов (до двух и более мм) и несколько большим двупреломлением. Магнетит наблюдается в виде отдельных мелких кристаллов и их скоплений и /или крупных зубчатых зёрен, часто разбитых по трещинам антигоритом II. Нередки совместные выделения магнетита и аитигорита II с образованием пятнисто-сетчатых структур.
Оливин-антигоритовые породы - плотные, сливные, обычно очень крепкие. Их характерной чертой является присутствие новообразованного оливина. По составу и соотношению оливина и аитигорита в частично регенерированных серпентинитах Мрамор-ской площади можно условно выделить 3 группы: 1. 01-И + АпМ 2: 01-И + Ant-I + Ant-II 3. 01-11 +Ant-II Количество новообразованного оливина в оливин-антигоритовых породах обычно составляет 20-30% (от 3-5% до 50%). При слабом проявлении процесса десерпентиниза-ции оливин наблюдается в виде мелких (n х 0,01 мм) субизометричных зёрен, разрозненных или образующих скопления. Характерны гранобластовые агрегаты оливина, часто с одновременным угасанием зёрен, иногда наблюдается его рассеянная вкрапленность. В регенерированных серпентинитах 3-ей группы обычны грубые перекрещенно-листоватые (до листоватых) выделения аитигорита II с интерстиционным оливином II или, наоборот, крупные порфиробласты оливина (1-5 мм), которые образуют пойкилобластические структуры с антигоритом II и перекристаллизованным магнетитом. Оливин маложелезистый (Fa = 5).
В большинстве шлифов наблюдаются реликтовые фрагменты петель магнетита в оливине Н-ой генерации; иногда теневые петельчатые структуры магнетита видны и в оливине II и в антигорите II. Также встречаются скопления мелких кристалликов магнетита внутри зёрен оливина (рис. 1.4). В оливин-антигоритовых породах площади обычно в той или иной степени выражена более поздняя серпентинизация П-го этапа (хотя не исключено, что "волн" серпентинизации-десерпентинизации могло быть несколько). Она проявляется в образовании секториально-пластинчатого, тоикопетельчатого лизардита по оливину II и секущих, нередко субпараллельных прожилков поперечноволокнистого, иногда гребенчатого хризотила мощностью п х 0,1 мм, редко - до 3 мм, которые развиваются по антигоритовой части породы (рис. 1.4, 1.6). В единичных случаях наблюдается развитие лизардита по оливину II не в виде "сеточки", а в виде ветвисто-волокнистых, вытянутых в одном направлении, куделеподобных образований. Поздние серпентиновые минералы обычно имеют заметную под микроскопом бледно-зелёную окраску, в отличие от бесцветного в проходящем свете аитигорита. Количество их не превышает 5-10%.
Особенности проявления углеродистого метасоматоза, элементы его зональности и разновидности метасоматитов
Как уже отмечалось выше, наиболее детально проявления углеродистого метасоматоза, его соотношение с другими метасоматическими процессами и связь с оруденением рассмотрены па примере рудного поля Мурунтау (Русинова, Русинов 2003). Согласно проведённым исследованиям формирование этого гигантского месторождения представляло собой длительный (70 млн. лет) многоэтапный геологический процесс, связанный со сдвиговыми напряжениями и пластическими деформациями пород. Установлено, что органическое (углеродистое) вещество принимало активное участие в гидротермальном процессе, начиная с региональной дорудной биотитизации («купол» биотитизированных пород над апикальной частью погребенного гранитного плутона). Это выражается не только в перераспределении УВ (вынос из зон метасоматоза и переотложение по их внешней границе), по и в значительном влиянии на параметры гидротермального процесса: органическое вещество взаимодействовало с гидротермальным раствором, поддерживая в нём восстановительную среду на уровне около QFM-буфера. Вследствие этого для минерального состава метасоматических пород рудного поля Мурунтау характерно отсутствие крайних кислотофильных ассоциаций и общая подавленность кислотного метасоматизма. Для Мурунтау и, вероятно, для других месторождений и проявлений, связанных с углеродистыми толщами, типичен существенно более низкий уровень Юг чем в нослемагмати-ческих процессах в пшабиссальиых гранитных и эпитермальных рудообразующих системах, так как он буферировался реакциями углеродистого вещества с раствором (Русинова, Русинов, 2003). В результате проведённых петрографических исследований, в сланцах и амфиболитах андреевской свиты и, частично, в апосерпентинитовых породах установлено, что определённые фациальные разновидности пород различаются по степени проявления процесса углеродистого метасоматоза и по принадлежности к той или иной его стадии. Предваряет рудно-метасоматический процесс, так же как и на рудном поле Мурунтау, биотитизация, которая наблюдается в дислоцированных и метаморфизованных вул-каногенио-осадочных породах андреевской свиты, ранних гранитоидах тоналит-гранодиоритовой формации. Поздний биотит, нередко замещает в сланцах амфибол и биотит раннего этапа и развивается по зонам рассланцевания в ранних гранитоидных дайках. Поздний биотит отличается рыжеватым, светло-коричневатым до коричневого цветом (ранний - бурый, коричневато-, зеленовато-бурый), отсутствием или редкими включениями, распределяется согласно с плоичатостью и полосчатостью последнего этапа; порфиробласты встречаются редко. Наблюдается пространственное совмещение разных этапов углеродистого метасоматоза, что видно, например, по присутствию в одном образце различных по степени преобразования типов УВ и ОВ. В результате детального петрографического изучения с использованием данных аналитики и опубликованных материалов исследований по другим объектам, удалось выявить некоторые закономерности развития процесса углеродистого метасоматоза, проследить общую направленность изменений пород, установить элементы метасоматической зональности и основные разновидности метасоматитов (рис. 3.4).
В зависимости от уровня метасоматической проработки исходной (преимущественно метаморфической) породы, степени сохранности первичных структуры и минерального состава, выделено две группы мстасоматически измененных пород: углеродизированные породы (УП) и углеродистые метасоматиты (УМ). При этом не всегда наблюдается прямая зависимость между количеством содержащегося в породе У В и степенью метасома-тического преобразования породы. I. Углеродизированные породы (УП). К ним относятся породы с отчётливыми признаками обогащения углеродистым веществом, но сохраняющие в целом первичные (обычно метаморфические, иногда метаморфогенно-метасоматические и магматические) структуру и состав. По степени преобразования первичного субстрата в этой группе выделено несколько разновидностей пород: 0- Породы с неизмененными структурой и текстурой, в значительной степени сохраняющие первичный состав. Характерно развитие позднего биотита, часто сопряженного с УВ, незначительные включения УВ в локальных зонах или участках — по трещинкам спайности, секущим микротрещинкам, в виде облачных микровключений и т.д. (рис. 2.11, 2.26, 2.27). 1- Породы, сохраняющие первичный облик и, в основном, неизмененный состав, но на микроуровне в них наблюдаются локальные участки перекристаллизации. Это выражается в развитии мелко- тонкозернистого кварцевого агрегата совместно с УВ, замещающих минералы породы, и в начальных признаках формирования флюидаль-ных структур, подчеркнутых распределением У В (рис. 2.12).
В апоультрабазитовых породах разновидности 0 и 1 трудно различимы. УВ здесь распределяется по расслаицеванию и в виде тонких «вуалевых», «облачных» скоплений (место позднего биотита может занимать флогопит). 2 - Породы в значительной степени (до 90%) перекристаллизованные, с развитием ассоциации: биотитІІ + УВ + кварц (±карбонат, сульфиды). Сохраняются отчётливые реликты исходных структур и/или минеральных ассоциаций (в сланцах - это обычно крупный амфибол с размерами выделений до 1см и более и ранний гранат ситовидный, корродированный, частично замещённый вторичными продуктами (рис. 2.15, 2.20,2.21). II. Углеродистые мстасоматпты (УМ). В указанную группу входят полностью перекристаллизованные метасоматичсские породы обогащенные, в целом, углеродистым веществом (содержание УВ в каждой конкретной точке может быть от 1 до п 10 объ-емн.%). Это слюдисто-углеродисто-кварцевых сланцы (до кварцитов) с волнистыми, волнисто-полосчатыми и флюидальными текстурами (рис. 2.13, 2.14), часто с выщелоченными или сильно окисленными карбонатами и сульфидами («флюидизиты» по П.Ф.Иванкину ,1988 и «тектониты II и III типа» по Е.И.Паталахе, 1970). Следует отметить, что эти породы Мраморской зоны, предыдущими исследователями рассматривались как углеродистые сланцы и кварциты по терригениым породам (Калугина, 1971с]); Ярославцев, 1995ф и др.). К данной группе также отнесены интенсивно обогащенные УВ милопиты и катаклазиты из зон брекчирования и тектонических контактов. В зависимости от состава и структурно-текстурных особенностей выделяются следующие разновидности пород: 1-- Углеродисто-слюдисто-кварцевые породы с переменными количествами карбонатов и сульфидов. Слюды представлены поздним биотитом (до 30%), мусковитом, реже - серицитом. Биотит, вероятно, связан с начальной фазой процесса, встречается в виде отдельных слойков и порфиробластов; иногда наблюдаются единичные реликты раннего граната (рис. 2.18). 2 Углеродисто-биотит (биотит поздний)-кварцевые сланцы, обычно с волнистыми текстурами. 3 Углеродисто-мусковит/серицит-кварцевые породы с реликтами биотитаІІ (± карбонаты, сульфиды); характерны флюидальные и волнистые, реже полосчатые текстуры (рис. 2.13, 2.16 и 2.17). 4— Углеродисто-мусковит/серицит-кварцевые породы (± карбонаты, сульфиды). В зонах развития апоультрабазитовых пород место мусковита/серицита занимают фук-сит или хлорит+фуксит. Текстуры волнистые, полосчатые, реже флюидальные (рис. 2.14). 5 — Кварциты метасоматические массивные, полосчатые, пятнисто-полосчатые, с переменными количествами УВ и мусковита/серицита (фуксита). Иногда зонами наблюдаются пустоты выщелачивания по карбонату и сульфидам (рис. 2.23, 3.11). Мусковит в метасоматитах замещает биотит. Серицит обычно распределён в виде равномерной вкрапленности или не явно выраженных обогащенных зонок. В углеродистых метасоматитах разновидностей 4 и 5 (а иногда и 3) может присутствовать поздний гранат (рис. 2.19). Для него характерно «массивное» строение (в отличие от раннего ситовидного и интенсивно корродированного) чётко выраженные грани, отсутствие включений и, как правило, более мелкие размеры (доли миллиметра). В углеродизированных породах и углеродистых метасоматитах (тип 1-3) нередко отмечается развитие хлорита по биотиту, включения эпидота (клиноцоизита). Наблюдаемая ширина различных зон метасоматитов может быть от первых мм до десятков метров. Вероятно, определённая зональность выражена и на макро- и на микроуровне.
Степень преобразования органического вещества как отражение метаморфических и метасоматических процессов в Мраморской зоне
Изменение органического вещества при любых геологических процессах всегда од-нонаправлено в сторону графитизации, т.е упорядочения состава и структуры. Степень преобразования (графитизации) содержащегося в породах ОВ находится в прямой зависимости как от эпигенетических процессов, так и от наложения той или иной стадии регионального метаморфизма. Основным фактором здесь является температурный режим, а наиболее важной диагностической характеристикой, тесно связанной с условиями преобразования пород - температура начала экзотермического эффекта при выгорании ОВ. При этом наиболее высокотемпературные типы углеродистого вещества отражают максимальную степень внешнего воздействия на породу. В метаморфических породах настоящий графит образуется при 400С и 2-4 кбар (Волкова, 1990, со ссылкой на Landis, 1971). Тонкодисперсный графит (полуграфит) характерен для осадков, изменённых в условиях не выше нижних ступеней зеленосланцевой фации метаморфизма (Закруткин, 1981). Соотношения уровней регионального метаморфизма со стадиями преобразования РОВ по данным термических исследований образцов с Дальнего Востока, Якутии, Прибайкалья, Украины, Узбекистана приведены в работе В.П. Ивановой и др. (1974). С.Г. Па-няком (1973) проведено исследование влияния эпегенеза и метаморфизма на характер изменения РОВ вмещающих пород на основании уральских материалов (в том числе исследовались породы сланцевого обрамления Сысертско-Ильменогорского гнейсово-мигматитового комплекса). В обобщенном виде эти соотношения приведены на диаграмме (рис. 2.37). Детально рассматривая особенности преобразования РОВ в различных фациях регионального метаморфизма С.Г. Паняк отмечает следующее:
Для содержащих органическое вещество осадочных пород, метаморфизовапных в условиях нижней ступени зеленосланцевой фации, характерно присутствие не полностью графитизированного УВ с непрерывным переходом шунгит- скрытокристаллический графит, что на термограммах выражается единым пологим пиком. Углеродистое вещество здесь частично концентрируется в межзерновом пространстве, но наблюдаются и «облачные» скопления скрытокристаллического УВ. 2.В метаморфизованных осадках биотит-хлоритовой субфации зеленосланцевой фации возрастает количество тонкого и скрытокристаллического графита, увеличивается степень его сегрегации. На кривых ДТА также наблюдается по одному экзомаксимуму. 3.Для метаморфитов эпидот-амфиболитовой фации (в отличие от пород зеленосланцевой фации метаморфизма) характерно полное отсутствие углистого вещества (шунгита) и полуграфита, равновесных с графитом. В то же время здесь присутствует две формы графита: скрытокристаллический и мелкочешуйчатый, которые фиксируются на термограммах двумя перекрывающимися пиками. Интервал температуры начала выгорания для скрытокристаллической разности составляет от 620-630 С до 660-680 С, а для мелкочешуйчатой разности от 660-680 С до 700-720 С. 4.В породах ставролит-кварцевой субфации амфиболитовой фации присутствует две разновидности явнокристаллического графита, которые также отражаются на ДТЛ двумя совмещенными пиками. Графит в этом случае отличается высокой степенью сегрегации, практически отсутствуют его включения в других минералах, размеры отдельных выделений - от тысячных до сотых долей мм. В составе углеродистого вещества из исследованных образцов Мраморской площади преобладает графит, иногда - переходные разности шунгит-графит, которые всегда фиксируются одним выраженным пиком на ДТА (табл. 2 и 4, рис. 2.1-2.4 и 2.6-2.7). Температуры начала выгорания графита находятся в интервале от 560 до 610 С (в одной пробе с непрерывным переходом шунгит-графит от 400 С), что по уровню преобразования ОВ соответствует зеленосланцевой фации метаморфизма (рис. 2.37). Таким образом, отчетливо видно, что степень преобразования РОВ, даже в его максимально графитизированиой части на порядок ниже уровня регионального метаморфизма пород, которые фиксируются по устойчивым минеральным ассоциациям и соответствуют эпидот-амфиболитовой, а в некоторых случаях и более высокой ступени (Кейльман, 1957ф; 1968ф; Ярославцев и др., 1995ф; Зинькова, и др 2004). Это свидетельствует о наложенном, более позднем по отношению к вмещающим метаморфитам, характере не только битумоидных составляющих РОВ, но их графитовых разностей. А также дает возможность говорить о значительном проявлении процесса углеродистого метасоматоза и его широком временном интервале. Другими важными характеристиками, которые обычно используются в классификационных схемах и отражают условия преобразования УВ и вмещающих пород являются размер выделений, степень кристалличности и сегрегации графита. Однако, эти параметры в значительной степени зависят как от внешнего давления, так и от давления флюида, соотношения его газовых фаз, общих кислотно-щелочных условий среды (Паняк, 1973; Волкова, 1990). Повышение давления способствует образованию более крупных выделений графита при относительно низких температурных параметрах. Возможно образование средне-крупночешуйчатого графита непосредственно из газовых фаз в тектонически активных зонах в условиях высокого давления и умеренных температур (Веселовский, 1955; Паняк, 1973; Данилова, 2001). Образование более крупных разностей графита возможно и при контактово-термальном метаморфизме. Кроме того, в этом случае при резком увеличении температур из метаморфизующихся РОВ пород могут выделяться летучие компоненты (вплоть до полного выноса углерода в виде соединений СО, СО2, СН4 и др), которые затем осаждаются в виде графита или пироуглерода по зонам трещииоватости в вышележащих толщах (Паняк, 1973; Волкова, 1990).
Расчетные размеры чешуек графита (табл. 2 и 4) по данным термических анализов образцов с Мраморской площади несколько выше данных оптических наблюдений. По результатам минераграфических исследований в мраморах и углеродистых мстасоматитах преобладает скрыто кристаллический (тонкочешуйчатый) графит с п 1 мкм. В то же время встречаются более крупные выделения высокоотражающего графитоида размером до 30 мкм. Вероятно, что подобное несоответствие является отражением сложных изменений различных параметров среды, связанных не только с метаморфическими, но и с метасома-тическими процессами.
Золотое оруденение Н-го этапа и его связь с углеродистым метасоматозом
Формирование золотого оруденения этого этапа тесно связано с последней по времени фазой (или несколькими импульсами) углеродистого процесса. Отличительной чертой его является формирование широких «факельных» ореолов углеродизацин, захватывающих самые разнообразные комплексы пород Мраморской зоны. Поздние проявления углеродистого метасоматоза наблюдаются в метаморфогенно-метасоматических сланцах, мраморах, гранитоидах, апоультрабазитовых породах и корах выветривания. Связанное с этим процессом РОВ представлено, в основном, различными битумоидами, а также - сажистым и шунгитоподобным УВ. Золотая минерализация П-го этапа представлена, преимущественно, самородным золотом, в подчиненном количестве - теллуридами. Золото тонкое и субмикроскопическое, определяется только в аншлифах. Наблюдается в виде рассеянной вкрапленности, иногда скоплений частиц до п 10 в пределах полировки. Размеры выделений золота (по длинной оси) обычно не превышают 10 мкм (реже до 20 мкм, единичные золотимы до 30-40 мкм). Это золото не подлежит гравитационному обогащению. И хотя не исключено, что некоторые более крупные частицы могли оставаться в тяжелой фракции при промывке шлиховых проб и протолочек, изучение их затруднено ввиду малых размеров (фракция -0.1 мм). Содержания золота по данным пробирного анализа обычно составляет 0.1-0.2 г/т и до 0.4 г/т, в редких случаях - до 0.8 г/т. Литогеохимические аномалии золота (данные атомио-абсорбционного анализа), которые фиксируют пять выделенных на Мраморской площади субмеридианальных золотоаномальных зон, также в значительной степени связаны со вторым этапом оруденения. Изучение характерных рудных сообществ (по данным В.В. Александрова) позволяет выделить в рамках этого этапа две минеральные ассоциации, которые предположительно относятся к различным стадиям процесса. Состав первой ассоциации следующий: углеродистое вещество (битумоиды) - золото - теллуриды - самородные металлы. Среди последних в аншлифах точно диагностированы только медь, цинкистая медь и алюминий. Главнььм минералом второй ассоциации является пирит II; сопутствующими - халькопирит II и марказит. В качестве второстепенных минералов наблюдаются грейгит, магнетит, сульфиды никеля группы бравоита-ваэсита; редкие минералы представлены теллуридами золота и свинца - креннеритом и алтаитом (по оптическим определениям).
Самородное золото второго этапа оруденения (Аи II) представлено преимущественно мелкими каплевидными зёрнами, плёнками, чешуйками, заключёнными в нерудных минералах (рис. 4.7 и 4.11). Характерны сопряженные выделения Аи и агрегатов углеродистого вещества (рис. 2.33 и 4.7). Подобную ассоциацию можно наблюдать практически в любом образце мрамора, нередка она и в других породах. Довольно часто отмечались также срастания тонких выделений УВ и самородных металлов белого цвета (Zn?, Pb?, Sn?) с размерами частиц до 30 мкм; к сожалению, их диагностика не проведена. Примечательно, что такие срастания встречены как в коренных так и и интенсивно гипергеино измененных породах (бурожелезняковые образования). Самородные медь и цинкистая медь с размерами выделений, соответственно - до 5-7 мкм и 0.1 мм, отмечались в виде вкрапленности в нерудных минералах В ряде аншлифов из различных пород и разных точек площади, наблюдается тесная связь тонких выделений самородного золота и калаверита, при чем они образуют как самостоятельные выделения, так и совместные срастания, где золото слагает центральные части зерен, а калаверит - краевые каемки (рис. 4.10). Этот теллурид установлен оптическими методами и качественно подтвержден рентгеноспектральным микроанализом (аналитик Е.С. Шагалов, ИГГ УрО РАН). Теллуриды второй ассоциации (оптические определения не заверены) представлены креннеритом и очень редко - алтаитом: каплевидные зёрна размером 1-3 мкм в пирите II. Кренперит наблюдается в различных породах площади (рудопроявление Водораздельное, дайковое поле Колхозная Шахта, Коковинскос месторождение наждаков), где образует самостоятельные интерстициальные выделения (в виде гнёзд или кулисообразных зонок), не ассоциирующие с самородным золотом (рис. 4.12).
Пирит II является основным минералом этой, вероятно, наиболее поздней ассоциации. Он образует как самостоятельные выделения (рис. 4.8, 4.9), так и псевдоморфозы по другим минералам (пирротин, гидроокислы железа). Для первых обычны тонкие (толщина не более 5 мкм) интерстициальные прорастания среди нерудных минералов, иногда совместно с халькопиритом II, с образованием сетчатой структуры (рис. 4.14). Характерны проявления дисульфидизации, что выражается в замещении пирротина пиритом II ± марказит, грейгит, магнетит (рис. 4.15, 4.16). Наблюдается также образование пирита II по периферии псевдоморфоз гидрооксидов железа, развитых по пирротину, пириту I и другим ранним сульфидам. Иногда они полностью замещаются агрегатом тонкокристаллического пирита II (с размерами отдельных кристаллов 3 мкм) марказита, грейгита. Марказит представлен ксеноморфными зёрнами размером до 0,1 мм, а грейгит - тонкозернистыми агрегатами с размерами отдельных зёрен 1 мкм. В рудной ассоциации, замещающей ранний пирротин, постоянно присутствует магнетит в виде мелких (до 0,05 мм) гипидио-морфных включений в агрегатах пирита II, марказита, грейгита. В некоторых случаях помимо тонкокристаллических агрегатов пирита присутствуют его хорошо образованные идиоморфные кристаллы с гексагональнЕ,ши, реже тригональ-ными и прямоугольными сечениями размером до 0,5 мм (рис. 4.16). Поздний пирит, за очень редким исключением, совершенно не затронут гипергенными процессами, хотя многие образцы отобраны из зоны коры выветривания. Кроме того нередко отмечалось развитие пирита II по гидроокислам железа. По всей видимости, этот пирит, наблюдаемый в аншлифах, аналогичен акцессорному свежему пириту, распространенному в корах выветривания (глава 3). Тесная связь тонкодисперсного самородного золота с керогеном (нерастворимыми формами ОВ) устанавливается в рудах различных месторождений. Л.С. Фарфель (1988) обращает внимание на то, что сильно восстановительная обстановка обуславливает накопление Аи в самородном состоянии. Им же рассмотрен возможный механизм формирования сульфидов на низкотемпературной стадии углеродистого процесса: образование сероводорода, а затем и пирита в результате сульфатредукции, которая при температурах 100С в присутствии сульфатов и ОВ может протекать без участия микроорганизмов.
