Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Генетические типы кремнисто-железистых отложений и их положение в колчеданоносных палеогидротермальных полях Южного Урала

ВАК РФ 04.00.11, Геология, поиски и разведка рудных и нерудных месторождений, металлогения

Автореферат диссертации по теме "Генетические типы кремнисто-железистых отложений и их положение в колчеданоносных палеогидротермальных полях Южного Урала"

российская академия наук

Уральское отделение Институт минералогии

На правах рукописи

Телеиков СЬ(ег Сергеевич

552.56:553.435:519.711.2

генетические типы кремнисто-железистых отложений и их положение в колчеданоносных палеогидротермальных полях южного урала

Специальность 04.00.11 - геология, поиски и разведка рудных и нерудных месторождений; металлогения

автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

Ростов-на-Дону - 1997

Работа выполнена в Институте минералогии Уральского Отделения Российской Академии Наук

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук В.В. Зайков

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук, профессор И.А. Богуш доктор геолого-минералогических наук Е.А. Белгородский

Ведущая организация:

Учалинский горно-обогатительный комбинат

Защита диссертации состоится: "29" мая 1997 г. в 10 ч.

на заседании диссертационного Совета Д 064.40.02 при Северо-Кавказском

научном центре Высшей школы по адресу:

346428, г. Новочеркасск Ростовской области, ГСП-1,

ул. Просвещения 132, НГТУ, главный корпус, ауд. 107.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке Новочеркасского государственного технического университета. Электронная версия:

URL: http://www.imin.urc.ac.ru/rus/imin/disser/r_teldis.htm

Автореферат разослан "20" апреля 1997 г.

Ученый секретарь диссертационного Совета канд. геол.-минер, наук

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы. Кремнисто-железистые отложения встречаются в )ставе многих вулканогенно-осадочных горизонтов колчеданоносных районов рала, Кавказа, Казахстана и других регионов. Они легко выделяются при доку-ентации и опробовании керна скважин, горных выработок и коренных обнажений, аже в тех случаях, когда проявлены незначительно. На многих колчеданных мес-эрождениях отмечается тесное сонахождение сульфидных руд с кремнисто-¡елезистыми породами. Тем не менее, часто кремнисто-железистые породы не вязаны с колчеданными месторождениями и требуется выявить их отличия от удоконтролирующих аналогов. На этом основании могут быть разработаны новые ритерии прогноза колчеданных руд.

Выделение генетических типов кремнисто-железистых образований требует етального послойного минералогического и петро-геохимического изучения рудо-осных и безрудных вулканогенно-осадочных горизонтов и установление в них Циклических сообществ отложений. Исследование вещественного состава сопряже-ю с использованием широкого спектра методов дигкостики минералов, определе-1ия их физических свойств и химического состава. Разработка интегрированной истемы сбора, обработки и экспертной оценки данных на персональном компьютере позволяет значительно повысить эффективность исследований и упростить гспользование их результатов на практике.

Главная цель работы - разработка критериев для разделения генетических ипов кремнисто-железистых пород на колчеданоносных палеогидротермальных голях Южного Урала на основе изучения вещественного состава и условий их лкализации с применением автоматизированной системы сбора и обработки дан-1ЫХ на персональном компьютере.

Основные задачи исследований-.

1. Изучение закономерностей размещения девонских кремнисто-железистых сложений в палеогидротермальных полях Магнитогорской палеоостроводужной :истемы Южного Урала.

2. Типизация кремнисто-железистых отложений на основании комплексного (зучения вещественного состава с использованием компьютерного минералогическо-о и петро-геохимического банка данных.

3. Вьивление наиболее полного набора признаков, необходимых для диагно-:тики различных генетических типов рудоконтролирующих и безрудных кремнисто-келезистых образований.

Научная новизна. Впервые выделены критерии диагностики двух основ-1ых генетических типов кремнисто-железистых отложений в девонских вулканоген-ю-осадочных толщах Урала - джасперитов и госсанитов. Предложена генетическая модель формирования красноцветных осадков в придонных условиях внутридуго-¡ых палеоостроводужных рифтов.

Практическое значение работы. Предлагаемая методика выделения ген( тических типов кремнисто-железистых отложений используется при составлени геологических карт палеоостроводужных структур и при прогнозирования колче данного и золото-полиметаллического оруденения на Южном Урале.

Автоматизированная информационно-аналитическая система, разработанна в процессе выполнения работы, принята за основу для создания интегрированног банка данных по геолого-минералогическим исследованиям, проводимым в Инсти туте минералогии УрО РАН. Начато ее использование в производственных геолс гических организациях Урала для обработки данных геологоразведочных работ.

Апробация работы. Основные положения, рассматриваемые в работе, до кладывались на всесоюзном совещании «Минералообразование во вскипающи растворах» (Терскол, 1988), международной школе «Базы и банки данных петрологии» (Миасс, 1991), IX Всесоюзной школе морской геологии (Геленджм 1990), региональных и всероссийских научно-практических конференциях по ин формационным технологиям при Роскомнедра (Архангельск, 1992; Челябинсь 1995; Екатеринбург, 1995), научной студенческой школе «Металлогения древних современных океанов» (Миасс, 1995). По теме диссертации опубликовано 8 рабо! в том числе одна монография.

Фактическая основа и методика исследований. Фактической осново диссертационной работы явились материалы детального изучения вещественног состава кремнисто-железистых пород колчеданоносных районов в Магнитогорске палеоостроводужной системе. Исследования проводились в Институте минералоги УрО РАН по теме «Минералогия и условия образования колчеданоносных палео гидротермальных систем Урала». Автор принимал непосредственное участие работе с 1987 г. Объектами исследований явились палеогидротермальные пол Верхне-Уральского и Сибайского рудных районов.

Обработано свыше 800 химических анализов проб, отобранных автором другими исследователями. Пробы проанализированы в лабораториях Институт минералогии УрО РАН и производственных геологических организаций Урала Исследования производились методами традиционной химии, ИК-спектроскопт термического, рентгеновского, электронографического и хроматографического ана лизов.

Личный вклад автора определяется его участием в полевых, лабораторных камеральных исследованиях: картировании и детальном опробовании горизонто кремнисто-железистых осадков, проведении гаэово-хроматографических исследова ний пород и минералов, растровой микроскопии минералов. В процессе исследова ния автором подготовлено программное обеспечение и проведена систематизаци данных с дальнейшей их обработкой. Основным методом исследований явилос детальное изучение интегрированного банка петролого-минералогических данных п вещественному составу кремнисто-железистых пород. Для осуществления автома

изированной обработки данных составлены пакеты программ в среде WINDOWS использованием языка программирования VISUAL BASIC.

Автор выражает благодарность своему научному руководителю д. г.-м. н. ).В. Зайкову и к. г.-м. н. В.В. Масленникову за советы и практическую помощь процессе работы, а также Н.Р. Актовой, которой проведена предварительная омпьютерная обработка большого фактографического материала.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ И ЗАЩИЩАЕМЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и содержит 126 траниц машинописного текста, 35 рисунков и 8 таблиц. В списке использованной .итературы 89 наименований.

В первой главе обосновываются палеогеодинамические обстановки формиро-ания изучаемых палеогидротермальных полей с кремнисто-железистыми отложе-1иями. Во второй главе приведено описание кремнисто-железистых отложений «ученных месторождений. В третьей главе дана характеристика вещественного :остава кремнисто-железистых отложений и обоснованы геохимические критерии выделения генетических типов с использованием компьютерных технологий.

К защите выдвинуты три положения, формулировка и обоснование которых приводятся ниже.

Положение 1.

Исследованные палеогидротермальные поля палеоокеанических :труктур с кремнисто-железистыми отложениями приурочены к энси-ыическому сегменту островной, дуги и междуговому бассейну. В первом металлоносные осадки располагаются на нескольких уровнях в риолит-оазальтовой и андезит-базальтовой формациях, во второй - преимущественно в кровле риолит-базальтовой формации.

Девонские острсводужные структуры Южного Урала. Островодужный характер девонских вулканических структур Магнитогорского мегасинклинория доказывается различными методами. Общий анализ палеогеографической обстановки и определение типа палеобассейна приводится в работах «История развития Уральского палеоокеана» [1984] и «Формирование земной коры Урала» [1986], в которых ширина Уральского палеоокеана оценивается цифрой порядка 10001500 км. Сопоставление палеовулканических цепей Южного Урала с современными островными дугами проведено по комплексу признаков, включающих состав и строение вулканических формаций, геохимические характеристики индикаторных горных пород, палеогеографические особенности рудных полей.

Строение Магнитогорской островодужной системы, имеющей длину около 1000 км, показано на рис. 1. В ее пределах выделяется два парагенеза вулканических комплексов, свойственных различным структурам. Первый парагенез, вклю-

чающий базальтовый, риолит-базальтовый, андезит-базальтовый комплексы, прош лен в западном и восточном бортах системы. Ареалы этого парагенеза, на отдел! ных участках содержащего базальт-андезит-риолитовую, бонинитовую и трахиб; зальтовую ассоциации, реконструируются как фрагменты островодужных вулкаш ческих цепей: Западно- и Восточно-Магнитогорской. Второй парагенез, развить в осевой части системы, включает базальтовый и риолит-базальтовый комплекс! Ареал этого парагенеза фиксирует линейную структуру типа междугового бассейн Важным элементом строения Магнитогорской островодужной системы являютс скрытые поперечные разломы, которыми структура делится на 4 блока, otai чающихся по степени сиаличности. Разломы фиксируются гравитационными стуш нями, депрессиями, смещениями вулканических ареалов, роями субширотных дае! Исследованные палеогидротермальные поля располагаются в энсиалической част Восточно-Магнитогорской островной дуги и Сибайском междуговом бассейне.

Восточно-Магнитогорская островная луга имеет сложное строение, обус ловленное большой фациальной изменчивостью вулканических комплексов и соче танием нескольких тектонических пластин, разделенных зонами меланжа. В севе( ной части описываемая структура смыкается с Западно-Магнитогорской дугой, а южной примыкает к Восточно-Мугоджарскому микроконтиненту. На фланга (Верхне-Уральский и Джусинский рудные районы) дуга имеет энсиалически характер, что устанавливается по большой доле вулканитов кислого и среднег состава (непрерывный риолит-дацит-андезит-базальтовый комплекс), присутстви] гранитоидных массивов. Верхне-Уральскому рудному району свойственен натрие вый характер вулканизма, а Джусинскому - калиево-натриевый.

Рис. 1. Схема размещения колчеданоносных районов в Магнитогорской палеоостроводужной системе по [В.В. Зайкову и др., 1993]. 1 - субмаринные вулканические зоны островодуж-ного типа (Западно-Магнитогорская (I) и Восточно-Магнитогорская (II); 2 - Сибайский междуговой бассейн (III); 3 - задуговые бассейны: Мугоджарский (IV), Домбаровский (V); 4 -фрагменты Сакмарского окраинного моря (VI); 5 фрагменты микроконтинентов: Восточно-Уральского (VII) и Восточно-Мугоджарского (VIII); 6 - офиолитовый меланж Главного Уральского разлома; 7 - скрытые поперечные разломы; 8 - положение колчеданоносных районов: 1 -Учалинский и Верхнеуральский, 2 - Алек-сандринский, 3 - Сибайский, 4 - Баймак-Бурибайский, 5 - Медногорский, 6 - Домбаровский.

Сибайский междуговой бассейн, вмещающий одноименный рудный район, 1азделяет Западно- и Восточно-Магнитогорскую островные дуги. Для него харак-ерен контрастный риолит-базальтовый комплекс, перекрываемый яшмами и вулка-юмиктовыми отложениями, ареал которых вытянут в субмеридиональном направ-ении и ограничен дугами. На основании геофизических данных [Серавкин, 1986] гредполагается, что бассейн имеет базитовое основание. Для риолит-базальтового юмплекса характерны постройки двух типов: сооружения типа гайотов, сложенные шзкокалиевыми базальтами, и вулканические гряды риолит-базальтового состава, >сложненные кальдерами и вулкано-тектоническими депрессиями.

Палеогндротермалыгые поля - локальные ареалы распространения под-¡одных гидротермальных отложений и продуктов их разрушения и окисления, триуроченные к определенным стратиграфическим уровням и единым структурам Зайков и др. 1993]. В пределах полей выделяются палеогидротермальные площадки. Они фиксируются гидротермальными отложениями отдельных или сближенных источников. По латерали поля группируются в гидротермальные районы, охватывающие крупные вулканические и вулкано-тектонические сооружения площадью сотни км^. По рангу они соответствуют рудным районам. Сочетание палео-гидротермальных полей на нескольких сближенных уровнях в стратиграфическом разрезе фиксирует многоярусные палеогидротермальные системы.

Появление различных по генезису металлоносных отложений связано с физико-химическими условиями формирования палеогидротермальных полей, одним из которых является температура гидротерм. Палеогидротермальные поля Южного Урала подразделяются на высокотемпературные и низкотемпературные. С первыми, приуроченными к локальным рифтам, связано большинство колчеданных месторождений. Температура формирования сульфидных руд на морском дне по прямым измерениям и по термобарогеохимическим данным определена в интервале 150-400 "С. Для исследованных полей определены следующие температурные параметры [Медноколчеданные..., 1992]: на Сибайском месторождении относительно низкие температуры образования (80-160 °С) свойственны слоистым и кластогенным рудам кровли рудных линз, температуры декрипитацни массивных руд - 160-350 'С. Температуры гомогенизации газово-жидких включений в месторождениях Верхнеуральского рудного района увеличиваются от серно-колчеданных (80-250 °С) к халькопирит-сфалерит-пиритовым (100-310 °С) рудам.

В низкотемпературных полях локализуются джаспериты и оксидно-марганцевые руды. Температура гидротерм, по аналогии с современными полями развития кремнисто-железистых отложений, предполагается порядка 50 °С.

Уровни развития металлоносных отложений определяются позицией палеогидротермальных полей в рудоносных формациях двух типов структур (табл. 1). Гидротермальная деятельность проявлялась в периоды ослабления вулканизма, что

соответствует границам толщ и формаций [Белгородский, 1987; Зайков и др 1993; Масленников, 1986; Пуркин и др, 1987; Серавкин, 1986].

Таблица

Уровни развития палеогидротермальных полей в палеоостроводужной структуре Южного Урала

Формации Сибайский междуговой бассейн Сибайское рудное поле Восточно-Магнитогорская островная дуг, Верхне-Уральский рудный район

Андезит-базальтовая АБ-0 Южный Куросан

Риолит-базальтовая РБ-4 Янзигитово РБ-2 Сибай РБ-4 Урляды РБ-3 Талганское, Урляды РБ-2 Молодежное РБ-1 Учалы

В Верхне-Уральском рудном районе выделяется несколько уровней метай лоносных отложений. Уровень РБ-1 сответствует Учалинской группе месторожде ний, приуроченных к нижней части разреза риолит-базальтовой толщи. Уровен РБ-2 объединяет месторождения Молодежное, Чебачье в средней части разрез этой толщи. Уровень РБ-3, соответствующий кровле риолит-базальтовой толщ! представлен месторождениями Талганским и XIX Партсъезда. К уровню АБ-относятся оксидно-железистые и оксидно-марганцевые отложения на Куросанско рудном поле. Кроме этого, выделяются многоярусные гидротермальные поля, н которых проявлены 2-3 уровня (месторождения Узельгинское, Западно-Озерно« Южно-Урлядинское палеогидротермальное поле).

В Сибайском рудном районе сульфидные отложения зафиксированы средней части разреза риолит-базальтовой толщи (РБ-2, Сибайское месторожде ние), а оксидно-железистые и оксидно-марганцевые - в перекрывающем горизош красноцветных силицитов (РБ-4, Янзигитовское месторождение).

Таким образом, изученные палеогидротермальные поля приурочены к дву типам палеоостроводужных структур и отличаются по количеству уровней металле носных отложений.

Положение 2,

Основные генетические типы кремнисто-железистых отложены в палеозойских вулканогенно-осадочных толщах Урала сформировалис в процессе придонного окисления сульфидных руд на высокотемпера турных палеогидротермальных полях (госсаниты) и гидротермальнс осадочным способом на низкотемпературных (джаспериты).

Характеристика основных типов кремнисто-железистых отложений.

Главными типами кремнисто-железистых отложений на палеогидротермальных голях Южного Урала являются продукты субмаринного окисления сульфидных эуд и отложений в устьях подводных гидротермальных источников. Для их обо-даачения предложено использовать два термина: джаспериты и госсаниты [Kuypers, Denier, 1979; Зайков и др., 1993; Масленников, 1995; Тслепков, Мас-генников, 1996].

Джаспериты или яшмокварциты - оранжевые и темно-красные яшмовид-ные гематит-кварцевые породы, отличающиеся от осадочных яшм по структурно-гекстурным особенностям. Это массивные породы пятнистой или микробрекчие-зидной текстуры, иногда с грубой слоистостью. Гематит-кварцевые агрегаты несут ¡ерты раскристаллизации с уменьшением объема и появлением диагенетических эрекчиевых микротекстур, трещин синерезиса. Для джасперитов характерны глобу-\ярные, сферолитовые, кокардовые микроструктуры, иногда очевидны признаки 1ридонного метасоматоза гиалокластогенного материала.

Джаспериты образуют тела различной морфологии: жилы, столбы, страти-{гармные линзы или холмы. Значительно реже встречаются пластообразные залежи i прослои. Мощность залежей от 1 до 30 метров. С удалением от подводящих каналов массивные автохтонные джаспериты, слагающие гидротермальные по-;тройки, образуют постепенные переходы к слоистым джасперитам, а затем - к шшам. Джаспериты, слагающие основной объем построек, имеют относительно г'зкий диапазон химического состава: содержание S1O2 70-90 %, Fe2C>3+FeO - 815 %, реже 20-30 %.

Джаспериты в стратифицированных залежах сложены однородным гематит-кварцевым материалом микроглобулярной, микросферолитовой структур. По соста-зу они аналогичны породам, слагающим ядро построек первого типа. Вторым ком-юнентом стратифицированных залежей являются прослои, сложенные гематитом, слоритом и кварцем с примесью эпидота, карбонатов, оксидов марганца, обломков зулканогенных пород. Они образуются при затухании гидротермальной деятельности и существенном поступлении осадочной примеси. Судя по малым коли-кствам ТЮ2, AI2O3, СаО, MgO, при замещении гиалокластики происходил вынос почти всех породообразующих элементов, кроме кремнезема и железа.

Госсаниты (gossany - принадлежащий железной шляпе) - красноцветные эксидно-железистые апосульфидные отложения, являющиеся литифицированными продуктами субмаринного окисления колчеданных руд. На колчеданных месторож-аениях госсаниты встречаются в виде пластовых залежей мощностью 1-2 м в кровле рудных тел и прослоев в грейдитах на флангах. Они имеют гематитовый или маггемит-магнетитовый состав с примесью хлорита, барита, карбонатов и реликтами сульфидов.

Госсаниты имеют массивные, брекчиевые, параллельно-слоистые, косослоис тые, ритмично-слоистые текстуры. Структуры мелко и тонкозернистые, микрооб ломочные, иногда псевдооолитовые.

Автохтонные госсаниты, залегающие в кровле колчеданных залежей, по со отношениям основных компонентов (Ре, А1, 'Л, Мп) сходны с колчеданным) рудами и госсанами, ассоциирующими с современными «черными курильщиками» По сравнению с колчеданными рудами, в них на порядок ниже содержания Си 7л1, иногда РЬ. Аллохтонные госсаниты сменяют по латерали колчеданные залеж! и содержат примесь осадочного материала.

Характеристика металлоносных отложении на палеогидротермальньп полях Южного Урала.

Высокотемпературные палеогидротермальные поля.

Молодежное палеогидротермальное поле располагается в юго-восточно? части Верхне-Уральского рудного района и приурочено к базальтовому поднятию < локальными депрессиями, перекрытому куполами риолито-дацитового состава Металлоносные отложения соответствуют уровню РБ-2. Сульфидные рудные тел; представлены придонными сооружениями и имеют линзовидную форму. Мощносп рудных тел составляет 10-50, поперечник - 400-500 м. В разрезе залежей че редуются сфалерит-халькопирит-пиритовые, пиритовые и халькопирит-пнритовьк руды, а в кровле установлены халькопирит-борнит-пиритовые с теннантитом, халь козином, ковеллином и дигенитом. У подножья холмов отмечены аллохтонньи продукты окисления сульфидов в виде прослоев хлорит-гематитовых пород мощ ностью от 1-2 до 30-40 см. Они чередуются с гиалокластитами, пиритовыми пес чаниками, хлоритолитами.

При детальной документации карьера в 1989 г. установлены признаки эро дированности кровли рудного тела № 2. Они фиксируются несогласным залегани ем обломочного горизонта на полосчатых рудах. Данный горизонт, имеющий мощ ность 0.3-2 м, содержит агломератовые и псефитовые обломки пиритового, барит пиритового, халькопирит-пиритового, барит-гематитового, гематитового состава. Е его подошве местами развиты автохтонные госсаниты, мощность которых достигав' 60-80 см. В кровле обломочного горизонта залегает прослой гиалокластогенны: хлоритолитов мощностью 1-10 см, содержащих полуокисленные рудокласты.

Автохтонные госсаниты имеют гематитовый и хлорит-гематитовый состав 1 часто цементируют рудный элювий, состоящий из обломков гематитизированны: халькопирит-пиритовых, пиритовых руд. На отдельных участках хлорит гематитовая масса образует поровый цемент в обломочных рудах и короткие лин зовидные прослои мощностью от 1-2 до 10-20 см. Обычным является замещени кристаллическим и тонкодисперсным красным гематитом пиритовых обломкоЕ Содержание оксидов железа в автохтонных продуктах окисления колеблется от 41

до 70 %. Индикаторным признаком для этих образований можно считать повышенные концентрации бария (1-5 %) и оксида фосфора (0.4-1 %).

Аллохтонные госсаниты образуют прослои мощностью 5-40 см на южном фланге главной колчеданной залежи. Для них характерны слоистые текстуры, чередование с хлоритолитами, гиалокластогенными и пиритовыми песчаниками, вулканомиктовыми брекчиями. Сложены прослои хлорит-гематитовой тонкодисперсной массой с включениями обломков пород и породообразующих минералов (плагиоклаза, кварца). Обломочные сульфиды тяготеют к подошве таких слоев и исчезают в кровле. В этом же направлении уменьшается количество оксидов железа с 32 до 23 %, а количество кремнезема возрастает с 35 до 53 %. Часть прослоев сложена гематитом с незначительной примесью карбонатов и кварца. Содержание оксидов железа в них 40-60 %, кремнезема 16-43 %.

Талганское палеогидротермалъное поле (Верхне-Уральский рудный район) располагается в локальной депрессии, рассекающей Межозерное базальтовое поднятие, и соответствует уровню РБ-3. Сульфидное рудное тело представлено несколькими сросшимися постройками холмообразной и валообразной формы. Высота построек - 10-20, поперечник - 50-200 м, состав определяется комбинацией серноколчеданных, медно-колчеданных и медно-цинково-колчеданных руд и неодинаков в смежных постройках. Колчеданные руды ассоциируют с гематито-кварцевыми породами, образующими пласты в подошве и кровле рудных тел. Во вмещающих обломочных отложениях на флангах залежи встречены сульфидные песчаники и алевролиты, с градационной слоистостью. Надрудная толща, залегающая участками непосредственно на сульфидных телах, представлена известняками с брахиоподами, тентакулитами и криноидеями.

Железистые осадки являются яркой особенностью Талганского месторождения, поскольку слагают наиболее крупные тела среди всех колчеданных месторождений Урала. В подошве рудной залежи развиты преимущественно гематит-кварцевые породы в ассоциации с вулканомиктовыми песчаниками и зелеными кремнистыми пелитолитами. Форма тела в плане вытянутая, ширина 100-150 м, протяженность 400-500 м. В южной части месторождения под сульфидной залежью В.В. Масленниковым и A.A. Санько в составе горизонта реконструирована холмообразная постройка высотой 18 м при поперечнике 40-80 м. Ее осевая часть сложена ярко-красными, красно-бурыми джасперитами, однородными и пятнистыми. Микроструктуры кохардовые, глобулярные, обусловлены сочетанием чешуйчатого гематита, кварцевых и гематит-кварцевых скрытокристаллических агрегатов. Отложения окварцованы, содержат вкрапленность и жилы разнокристаллического пирита. Подстилающие породы на этом участке превращены в сульфидизирован-ные серицито-кварцевые метасоматиты. С удалением от рудоподводящей зоны они сменяются хлоритизированными гиалокластитами.

На флангах гидротермальной постройки джаспериты имеют брекчиевидную и перлитовую текстуры, образовавшиеся при литификации геля. Округлые кварц-гематитовые и гематит-кварцевые обособления поперечником 1-6 см сцементированы кварцем. У подножья постройки эти обособления присутствуют в составе обломочного горизонта, причем размер их уменьшается с удалением от холма. Существенно железистые песчаники сменяются вулканомиктовыми песчаниками и кремнистыми аргиллитами. Верхний горизонт, залегающий непосредственно под известняками, сложен темно-красными гематит-карбонатными породами суммарной мощностью от 5-10 см до 1-3 м. Отдельные фрагменты этого горизонта окаймляют колчеданную залежь. Здесь также развиты карбонат-хлорит-гематитовые тонкозернистые породы, являющиеся продуктами окисления сульфидных руд, в сочетании с железисто-марганцовистыми осадками типа умбритов.

На Сибайском палеогидротермалъном поле (уровень РБ-2) сульфидные руды отлагались в днище линейной депрессии, имевшей ширину 2-3 км и глубину 300-500 м [Иванов, 1947; Жабин, 1977; Медноколче данные..., 1988; Масленников, 1991]. Новосибайская залежь, разрабатываемая в настоящее время, представлена четырьмя крупными, этажно расположенными холмообразными и несколькими мелкими линзовидными телами. Холмы соприкасаются в осевой части, имеют плоское основание и выпуклую кровлю, высоту до 30-40 м. Общая мощность залежи достигает 110 м. На выклинках холмов и линз наблюдаются шлейфы рудных обломков и тонкослоистые госсаниты. Они ассоциируют с гиалокластогенными и эдафогенными отложениями кислого и смешанного состава. Выщелоченные существенно серноколчеданные руды тяготеют к стержневой зоне, медно-цинково-колчеданные - к флангам сульфидной постройки.

Вблизи подошвы находятся халькопирит-пирит-магнетиг-пирротиновые руды с цементационно-брекчиевыми типами текстур. В них отмечены максимальные отношения меди к цинку (10-30) и повышенные содержания кобальта. В кровле холмов и на их флангах развиты сфалерит-халькопирит-пиритовые брекчиевые и халькопирит-пиритовые кавернозные руды. Местами здесь выявлены признаки размыва и обрастания обломков сульфидных руд сферолитовыми корками, состоящими из кварца и сфалерита, а также продукты окисления в виде гематитовых прослоев мощностью до 5 см.

Железисто-кремнистые осадки в рудовмещающей толще присутствуют в вулканогенно-обломочных горизонтах, разделяющих колчеданные тела. В южном борту карьера среди халькопирит-сфалерит-пиритовых руд залегают три прослоя гиалокластитов, содержащие линзы и желваки гематит-кварцевого состава. Цвет породы ярко-красный, алый, границы обособлений резкие. Мощность линз и поперечник желваков 10-40 см. В нижней части залежи среди пиритовых руд наблюдаются пиритизированные реликты гематито-кварцевых пород. Размеры таких

участков 3-8 см, контуры нерезкие. В подстилающих вулканогенных брекчиях гематит-кварцевые породы заполняют пространство между обломками.

В осадочных горизонтах, контролирующих выклинки рудного тела, кремнисто-железистые осадки занимают закономерное положение в циклитах: гиалок-ластиты или хлоритолиты - гематит-кварцевые породы - кремнистые пелитолиты. Наряду с этим, отмечены ритмично переслаивающиеся (1-5 см) сульфидные песчаники и пурпурно-красные хлорит-гематитовые породы. Последние, судя по реликтам фрамбоидального пирита, повышенным содержаниям меди и цинка (0.020.2 %), являются продуктами подводного окисления сульфидных руд. Химический анализ проб показал концентрацию оксидов железа 30-50 %, 5102 30-56 %, А1203 3.2-5 %, М80 0.9-2.4 %. По латерали эти породы сменяются аллохтон-ными продуктами окисления, в которых содержание железа уменьшается в два раза при существенном увеличении кремнезема (60-70 %) и глинозема (3-10 %).

В надрудной вулканогенно-обломочной толще отмечены одиночные гематит-хлорит-кварцевые прослои мощностью от 0.1 до 0.5 м. Они залегают среди вулка-номиктовых брекчий и сложены двумя главными компонентами: стяжениями, желваками красной гематито-кварцевой породы глобулярного строения и кварц-хлорит-гематитовой массой с реликтами гиалокластики. Содержание в ней оксидов железа

30-37 %, а02 44-50 %, А12Оз 1.4-3.4 %, МдО 0.5-1.4 %. Формирование

прослоев происходило с участием придонного железисто-кремнистого метасоматоза.

Низкотемпературные палеогидротермальные поля.

На Куросанском рудном поле (восточная часть Верхне-Уральского рудного района) оксидно-железистые и оксидно-марганцевые осадки залегают в вулкано-миктовых отложениях, перекрывающих андезит-базальтовый комплекс. Металлоносные осадки представлены горизонтом магнетит-гематит-кварцевых пород, приуроченным к контакту ороговикованных апобазитовой и апотерригенной пачек. Основу горизонта, вскрытого в карьере месторождения, составляет цепочка из четырех сближенных линз джасперитов общей протяженностью около 100 м и мощностью в раздувах до 5-8 м.

Центральная часть линз представлена алыми стекловатыми гематит-кварцевыми породами, имеющими массивную текстуру и сложенными мелкими глобулярными и сфероидальными стяжениями. Многочисленные прожилковидные и гнездовидные обособления выполнены в большинстве случаев тонкокристаллическим гематитом, иногда кварцем и чешуйчатым гематитом. Кровля и подошва линз сложена черно-серой магнетит-гематитовой породой с обломковидными гематит-кварцевыми обособлениями красно-коричневого цвета, а в кровле - с обильной марганцевой минерализацией. Мощность магнетит-гематитовых пород в подошве не превышает 5-10 см, а в кровле достигает на отдельных участках 1-1.5 м.

В кровле горизонта залегает невыдержанный по мощности (от 1.5 м до полного выклинивания на отдельных участках) пласт обломковидных марганцо-

висто-железистых пород, сменяющих по латерали гематит-кварцевые линзы I распространенных на значительное расстояние (на вскрытом карьером участке дс

120-150 м).

Химический состав пород, слагающих линзы, меняется в разрезе в соответствии с описанной зональностью. Содержание оксидов железа в центральной части линз, колеблется от 8 до 19 %, ЗЮ2 - от 79 до 89 %. В брекчиевидньи красно-коричневых породах это соотношение меняется до 43-44 % и 53-54 °/с соответственно. Роль других компонентов в составе красноцветных пород незначительна. Черно-серые магнетит-гематитовые породы содержат до 83 °/с ЕезОз+РеО, содержание 8Ю2 в них не превышает 32 %, содержание МпО достигает в в кровле 11.7 %, а в подошве повышены содержания А12Оз (до 5 %) у суммы щелочей (1.5-1.7 %).

Марганцовисто-железистые обломковидные породы содержат 33-44.6 % 5Ю2, 22-30 % Ре203+РеО, 11.2-14 % А1203, содержания МпО от 1.2 до 12 % сумма щелочей - до 7.4 %, М80 3.5-4 %, СаО 1.7-5.2 %.

Малое содержание осадочных компонентов (ТЮ2, А120з, СаО, МдО). приуроченность к одному стратиграфическому уровню, а также наличие железо-марганцевых конкреций в кровле свидетельствуют о формировании гематит-кварцевых линз в придонных условиях на выходе высокоминерализованных гидротермальных источников.

На Янзигитовском месторождении в южной части Сибайского рудногс района (уровень РБ-4) изучена групповая придонная постройка поперечников 100-150 м и высотой 20-30 м. Каналы, по которым поступали гидротермальные растворы, фиксируются травертиноподобными гематит-кварцевыми корками с пластинчатыми обломками окисных маргацевых руд. Основной объем тела сложег породами с однородной, брекчиевой, комковатой текстурами. На флангах развить псефитовые и псаммитовые обломочные гематит-кварцевые разности, образовавшиеся при разрушении построек. Они постепенно сменяются яшмами с конкреционными марганцевыми рудами. Цепочка линз мощностью 0.3-2 м, сложенны) псиломеланом и пиролюзитом, протягивается вдоль длинной оси постройки в е< кровле. Гематит-кварцевые породы, несмотря на большое разнообразие текстур сходны по составу: содержание кремнезема 83-92 %, оксидов железа 6-16 %.

Таким образом, для изученных палеогидротермальных полей палеоострово-дужных рудных районов установлена смена во времени кремнисто-железисты; отложений, являющихся продуктами придонного гипергенеза сульфидных р>7 (госсанитов), гидротермально-осадочными джасперитами.

Положение 3.

Применение автоматизированной экспертной оценки, организованной в рамках интегрированной системы сбора и обработки данньи

литолого'мишралогичгских исследований, позволило установить эффективные критерии для разделения аллохтонных разностей госсани-тов и джасперитов по геохимическим признакам. Для госсанитов характерны более высокие содержания PiO5 цветных и благородных металлов - Си, Zn, Pb, Аи, Ag; редкоземельных элементов - La, Се, Sm, Ей.

В процессе изучения палеогидротермальных полей Южного Урала был создан интегрированный банк литолого-минералогических данных по металлоносным отложениям. Сведения о кремнисто-железистых отложениях явились составной частью банка.

Программное обеспечение банка данных, разработаное автором для использования на персональном компьютере в среде WINDOWS, позволило организовать единую систему сбора, обработки и экспертной оценки данных. С целью выявления геохимических особенностей госсанитов и джасперитов были исследованы эталонные выборки проб из детально изученных объектов. Оценка данных эталонных выборок проводилась стандартным комплексом статистических методик. Построение сводных гистограмм, двойных и треугольных диаграмм, графиков отношений по всему спектру элементов позволило выявить наиболее эффективные критерии для разделения госсанитов и джасперитов.

Госсаниты характеризуются значительными вариациями содержаний Ре20з (20-87 %), Р2О5 (0.1-1.5 %), повышенными - цветных и благородных металлов, редкоземельных элементов. Содержание SiOj в автохтонных разностях определяется его содержанием в исходных рудах (1-10 %) с постепенным возрастанием по мере окисления руд от 4 до 30 %. В аллохтонных оно поднимается до 70 % за счет увеличения примеси гиалокластогенного материала, сопровождающегося возрастанием содержаний AI2O3 с 1-5 до 5-13 %, Т1О2 - с 0.05-0.2 до 0.10.4 %, MgO ОТ 0.5-3 до 3-5 %.

Повышенные содержания Р2О5, характерные для госсанитов, обусловлены влиянием метаболизма бактерий. Их реликты в виде колоний нитчатых форм обнаружены в госсанитах Молодежного месторождения. Вероятно, при разложении бактерий и частичном растворении карбонатов, фосфор фиксировался в форме апатита. Это подтверждается повышенными содержаниями фосфора (3.7 %) в железистых бактериальных матах глубоководных кратерных озер, содержащих многочисленные нитчатые бактерии Galionella [Dymond at al., 1989]. Охристый рыхлый материал и охристые трубки - «султанчики» с нитчатыми бактериями вблизи современных «черных курильщиков» г. Осевой (хр. Хуан де Фука) также отличаются высокими содержаниями фосфора 0.53-1.77 % [Богданова и др., 1990].

Джаспериты, в отличие от госсанитов, характеризуются значительно меньшими содержаниями фосфора. Это связано с выносом литогенного фосфора при гальмиролизе гиалокластогенного материала. Лишь в некоторых случаях, главным

образом, в высокожелезистых разновидностях, его содержание достигает 0.4 %. Вероятно, повышенные содержания фосфора в некоторых джасперитах, так же как и в госсанитах, связаны с участием бактерий в некоторых специфических процессах гальмиролиза гиалокластогенного материала. По-видимому, участие бактерий при формировании джасперитов является менее ощутимым, чем при гипергенезе сульфидных отложений.

Апосульфидные металлоносные отложения как современных, так и древних колчеданоносных палеогидотермальных полей во многом наследуют особенности состава колчеданных руд, в том числе и повышенные содержания благородных металлов. По мере разбавления металлоносных отложений осадочным материалом, содержание золота и серебра снижается от промышленных до фоновых значений.

В последние годы для диагностики генетических типов современных металлоносных осадков с успехом используется отношение Еи/Бт. Отношение Еи/Бт отличается постоянством в гидрогенных образованиях (0.25-0.27) [Лисицын и др., 1990; ВаггеМ, 1988], в металлоносных осадках оно обычно выше. В госсанах южной части хребта Эксплорер (Тихий океан) величина Еи/Бт составляет 2-3 [ВаггеМ eí а/., 1990], в чистых гидротермальных нонтронитах Галапагосской зоны -0.26-0.30. Аналогичные тенденции наблюдаются в госсанитах и джасперитах колчеданоносных районов Южного Урала. Чистые джаспериты характеризуются не только пониженными содержаниями РЗЭ, но и, в ряде случаев, низкими отношениями Еи/Бт.

Таким образом, для разделения госсанитов и джасперитов можно применять оценочную шкалу содержаний компонентов, показанную в табл. 2.

Таблица 2

Оценочная шкала содержаний компонентов для разделения госсанитов и джасперитов

Компонент 1 Госсанит 1

Джасперит

ЫО?<%) <40 40-70 >70

ТЮ,(%) >0.15 <0.15

АЬО,(%) >6 <6

Ре70,(%) >49 13-49 <13

Р*0,(%) >0.4 0.05-0.4 <0.05

Аи(г/т) >0.1 0.01-0.1 <0.01

Ак(г/т) >1 0.1-1 <0.1

Си(п*10-4%) >500 50-500 <50

гп(п*10"4%) >500 50-500 <50

РЬ(п*10"4%) >70 <70

У(г/т) >100 10-100 <10

гкг/т) >50 <50

Еи(г/т) >0.25 <0.25

Приведенная шкала критериев используется при автоматизированной экспертной оценке, порядок проведения которой иллюстрируется рис 2. Программное обеспечение экспертной системы позволяет по мере поступления новых данных уточнять и дополнять критерии на любом этапе экспертизы.

Окончательное решение при определении генетического типа конкретной пробы кремнисто-железистых пород принимает специалист-эксперт, который, кроме геохимических критериев, использует данные полевых наблюдений, микроструктурных исследований и т. п. Компьютер в этом случае играет роль инструмента для хранения, поиска и представления в наглядном виде необходимой информации.

Экспертная система опробована в ходе выполнения научно-исследовательских и хоздоговорных работ по составлению карт металлоносных отложений Магнитогорской площади. С помощью выведенных критериев для разделения аллохтонных разностей госсанитов и джасперитов на исследуемой площади были оконтурены низко- и высокотемпературные палеогидротермальные поля.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенной работы выделены главные типы красноцветных кремнисто-железистых отложений на палеогидротермальных полях колчеданонос-ных районов Южного Урала: госсаниты и джаспериты. Первые являются продуктами придонного окисления колчеданных залежей, вторые - гидротермально-осадочные образования низкотемпературных палеогидротермальных полей.

Определены закономерности размещения госсанитов и джасперитов в высоко- и низкотемпературных палеогидротермальных полях двух типов палеоострово-дужных структур - энсиалическом сегменте островной дуги и междуговом бассейне. Исследуемые отложения приурочены к локальным депрессиям во внутридуго-вых и междуговых рифтах.

Разработаны геохимические способы диагностики главных типов кремнисто-железистых отложений. Для госсанитов, в отличие от джасперитов, характерны повышенные содержания редкоземельных элементов, Си, Zn, РЬ, V, Р, Аи, А§ и элементов-гидролизатов. При формировании госсанитов гальмиролиз примесной гиалокластики происходил с привносом выносом К, Ыа и почти без выноса элементов-гидролизатов, и Ре. Образование джасперитов сопровождалось выносом всех элементов, кроме Б) и Ре.

Составленное автором программное обеспечение компьютерной системы сбора и обработки данных литолого-минералогических исследований позволило организовать автоматизированную экспертную оценку кремнисто-железистых отложений. Оперируя этой системой, можно с большой вероятностью различать аллохтонные фации госсанитов и джасперитов. Это имеет значение для практики геологопоисковых работ, так как первые являются прямым признаком на промышленные колчеданные руды.

..... Рис. 2. Порядок проведения экспертной оценки при определении генетических типов кремнисто-железистых отложений

:ПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Железисто-кремнистые отложения Молодежного колчеданного сторождения / / Кремнисто-железистые отложения колчеданоносных районов, вердловск: УрО АН СССР, 1989. С. 109-127. (соавторы Зайков В.В., [асленников В.В., Санько Л.А.).

2. О выделении генетических типов металлононосных отложений на «чеданных месторождениях Южного Урала // Кремнисто-железистые ложения колчеданоносных районов. Свердловск: УрО АН СССР, 1989. С. 163-\Ь. (соавторы Масленников В.В., Зайков В.В.).

3. Магнетит-гематит-кварцевые породы золоторудного месторождения Зжный Куросан (Южный Урал) // Кремнисто-железистые отложения элчеданоносных районов. Свердловск: УрО АН СССР, 1989. С. 140-149.

i 4. Разрушение придонных сульфидных холмов в палеоокеанических ассейнах // Геология морей и океанов. Тезисы докладов IX Всесоюзной школы орской геологии. Т. 3. М.: ИО АН СССР. 1990. С. 18-19. (соавторы Зайков 1.В., Масленников В.В.).

5. Декрепитометрические и газово-хроматографические особенности ульфидов гидротермальных построек, полей ТАГ и Гуаймас // Продукты азрушения гидротермальных построек колчеданоносных районов. Свердловск: рО АН СССР, 1991. С. 188-195. (соавторы Масленников В.В., ЗаЙков В.В., Муравьев K.M.).

6. Интегрированная информационно-исследовательская система для бработки геолого-минералогических данных на персональном омпьютере // Минералы и минеральное сырье Урала. Свердловск: УрО АН

:ссР. 1992. С. 153-157.

7. Медно-колчеданное месторождение Яман-Касы - новый здротермальный оазис на дне Уральского палеоокеана // Уральский инералогический сборник № 3. Миасс, 1994. С. 50-55. (соавторы Зайков В.В., 1асленников В.В., Кузнецов А.П., Трофимов О.В., Волков В.М.).

8. Автоматизированная экспертная система типизации кремнисто-;елезистых отложений палеогидротермальных полей Южного Урала. Миасс: 1Мин УрО РАН, 1995. 200 с. (соавтор Масленников В.В.)

ЛР № 020 764 ОТ 29.03.95 г. Подписано к печати 15.04.97 г. Формат 60x84 ^/16- Бумага офсетная. Гарнитура журнальная. Уч.-изд. л. 1. Тираж 100 экз. Заказ № 5. Отпечатано в информационно-издательской группе Ильменского государственного заповедника УрО РАН