Введение к работе
Актуальность работы определяется тесной пространственной и генетической связью процессов метасоматоза и рудообразования, их недостаточной изученностью, своеобразием метасоматитов (присутствие углеродистого вещества, внешнее сходство с вмещающими породами), наличием ряда теоретических проблем их генезиса. К ним относятся фациальная и формационная принадлежность этих метасоматитов, физико-химические условия их образования, причины и механизмы эволюции метасоматических процессов и отложения золота, роль вмещающих толщ в формировании флюидного режима. Насущной задачей является разработка количественных моделей метасоматических процессов, которые способствуют обобщению и объяснению обширного фактического материала и получению новых знаний о природе этих процессов, их связи с магматизмом, метаморфизмом и тектоникой.
Цель работы заключается в выяснении условий и закономерностей процессов метасоматоза, проявленных в зонах разрывных нарушений в метатер-ригенных (черносланцевых) толщах. Для достижения этой цели решались такие конкретные задачи, как детальное изучение состава метасоматитов и слагающих их минералов, горизонтальной и вертикальной зональности, стадийности рудно-метасоматических процессов; определение значений независимых интенсивных параметров состояния систем в этих процессах; фациаль-ный анализ метасоматитов, определение положения граничных равновесий различных фаций; построение компьютерных физико-химических моделей, соответствующих различным типам изменений пород.
Научная новизна. Установлено, что устойчивость углеродистого вещества в гидротермальных условиях ограничена явлением гетерогенизации метан-
углекислотно-водного флюида. Впервые проведен термодинамический анализ баланса азота во флюиде и минералах и показано, что аммонийный азот образуется преимущественно при низких температурах за счет органического вещества вмещающих осадочных пород. Получены новые термодинамические константы конечных членов серий твердых растворов слюд и хлоритов - фен-гита, истонита, амезита, согласованные с природными и экспериментальными данными, предложены диаграммы для определения щелочности флюида по глиноземистости этих минералов в различных парагенезисах. Впервые среди метасоматитов в черносланцевых толщах выделены скарноиды, проведено их фациальное расчленение и установлена ведущая роль вмещающих пород как источника вещества при их образовании. Выявлено два типа режима СОг при метасоматозе, отвечающих открытой и закрытой для СОг системам, выделены фации карбонатсодержащих метасоматитов. Впервые проведен анализ фазовых соотношений и растворимости минералов в системе Fe-As-S-НгО. Предложена новая физико-химическая термобароградиентная модель метасомати-ческих процессов. Установлена роль компрессии - декомпрессии как регулятора процессов образования силикатов, карбонатов, сульфидов, углеродистого вещества при метасоматозе. Обоснованы различные механизмы отложения золота в разных обстановках: при декомпрессии в кварцевых жилах и метасо-матитах, при окислении флюида в близповерхностных зонах аргиллизации, при сорбционном захвате сульфидами в углеродистых серицитолитах.
Практическое значение. Результаты работы создают основу для построения количественных моделей золотого оруденения различных формационных типов. Анализ условий образования метасоматитов, поведения Аи в конкрет-
пых процессах, выявленный закономерный характер связей между опреде-пенными типами метасоматитов и руд позволяют разработать новые критерии поисков и оценки золоторудных месторождений. Исследования проводились по заданию ГКНТ и в рамках хоздоговорных работ. Их результаты переданы в Министерство геологии, ПГО "Севвостгеология", "Кызылкумгеология", "Самаркандгеология".
Основные защищаемые положения. 1. Формирование полиформационных и полистадийных метасоматитов на золоторудных месторождениях в метатер-ригенных комплексах протекало под воздействием чередующихся в различной последовательности процессов кислотного выщелачивания, калиевого, натриевого и кальциевого щелочного метасоматоза, сопряженных с отложением или растворением углеродистого вещества. Эти процессы сочетались с различным режимом СОг и НгЭ. Важную роль в образовании восстановленных форм углерода и азота во флюиде играли вмещающие углеродсодержащие толщи.
-
Переход от одного типа метасоматитов к другому при эволюции исследованных метасоматических систем определяется инверсией кислотно-щелочного режима и других физико-химических параметров флюида, а также сменой набора вполне подвижных компонентов. Фациальные различия метасоматитов в пределах одного типа связаны с вариациями активностей вполне подвижных компонентов и температуры.
-
Согласно предложенной модели, образование метасоматитов с присущими им особенностями флюидного режима и сочетанием типичных признаков минерального состава обусловлено:
выявленными закономерностями взаимодействия флюидного потока с породами в термобароградиентных условиях, определяющими соотношение активностей компонентов во флюиде и вмещающих породах, т.е. направленность процесса;
формированием флюидного потока в пределах различных по составу пород, что определяет соотношение активностей компонентов флюида между собой, т.е. тип процесса (К, Na, Са);
участием глубинного потока СОг, оказывающего влияние на подвижность оснований.
4. Образование золотого оруденения различного типа и сопровождающие его характерные изменения вмещающих пород определяются разными физико-химическими механизмами, связанными с протеканием метасоматических процессов в градиентных условиях. Режим декомпрессии способствует отложению высокотемпературного самородного золота в кварцевых жилах и сопряженных с ними кварц-полевошпатовых метасоматитах. Режим компрессии благоприятен для концентрирования золота в сульфидах при образовании углеродистых серицитовых метасоматитов. Отложение низкотемпературного самородного золота в связи с процессами аргиллизации происходит вследствие окисления НгЭ в близповерхностных условиях.
Фактический материал собран в ходе экспедиционных работ на золоторудных месторождениях Центральных Кызылкумов (Даугыэтауское, Мурунта-уское рудные поля, Амантайтау) и Чукотки (Майское рудное поле). Уникальный материал по четырехкилометровому разрезу метасоматитов получен при бурении Мурунтауской сверхглубокой скважины СГ-10. При обработке материа-
ла автором просмотрено около 800 шлифов, выполнено более 200 рентгеновских анализов минералов и пород. Использованы данные около 400 силикатных анализов пород (НИИЗК СПбГУ, ЦЛ Мингео Узбекистана), 35 микрозондо-вых анализов минералов (ЦНИГРИ, Механобр), около 60 анализов флюидных включений (НИИЗК СПбГУ, ГЕОХИ). Физико-химический анализ и моделирование метасоматических процессов выполнены автором.
Публикации, апробация работы. По теме диссертации опубликовано 42 работы. Ее отдельные положения обсуждались на I и II Всесоюзных совещаниях "Генетические модели эндогенных рудных формаций" (Новосибирск, 1981, 1985), семинарах экспериментаторов (ГЕОХИ, Москва, 1982, 1983, 1988, 1989, 1996), Всесоюзном совещании "Геология и методы прогнозирования месторождений серебра в вулканогенных областях" (Магадан, 1983), X Всесоюзном симпозиуме по стабильным изотопам в геохимии (Москва, 1984), VII Всесоюзном совещании по термобарометрии и геохимии рудообразующих флюидов (Львов, 1985) и VIII совещании по термобарогеохимии (Александров, 1992), X Всесоюзном совещании по рентгенографии минерального сырья (Тбилиси, 1986), I, II Всесоюзных и 111 Российском симпозиумах "Термодинамика в геологии", I и I! международных симпозиумах "Термодинамика природных процессов" (Суздаль, 1985; Миасс, 1988; Новосибирск, 1992), XI Всесоюзном и XIII Российском совещаниях по экспериментальной минералогии (Черноголовка, 1986, 1995).
Объем и строение работы. Диссертация содержит 228 страниц текста, 68 иллюстраций, 24 таблицы и список литературы из 327 наименований. Она состоит из введения, 6 глав и заключения. В глазах I-IV обосновываются первые
два защищаемые положения, в главе V - третье, в главе VI - четвертое защищаемое положение.
Благодарности. Проведению полевых работ содействовали геологи производственных и научных организаций России и Узбекистана Ю.Н.Зверев, А.Я.Котунов, В.Ф.Проценко, В.М.Донской, Н.К.Джамалетдинов, И.С.Розен-блюм, С.А.Григоров, Б.С.Андреев. В выполнении аналитических работ, программном обеспечении исследований и обсуждении результатов принимали участие Н.Н.Акинфиев, Н.Н.Баранова, Д.В.Гричук, Л.Д.Каплунов, А.С.Кириллов, Ю.А.Костицын, П.И.Пивень, О.В.Русинова. Всем им автор выражает глубокую признательность. С особой благодарностью автор вспоминает совместную работу с Н.В.Котовым, который организовал и возглавлял исследования золоторудных месторождений в терригенных толщах на геологическом факультете СПбГУ.