Геологические условия локализации оруденения и генезис скарново-полиметаллических месторождений Алтын-Топканского рудного района (Северный Таджикистан)

Ежов, Сергей Владимирович

Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему
Геологические условия локализации оруденения и генезис скарново-полиметаллических месторождений Алтын-Топканского рудного района (Северный Таджикистан)
ВАК РФ 04.00.11, Геология, поиски и разведка рудных и нерудных месторождений, металлогения

Автореферат диссертации по теме "Геологические условия локализации оруденения и генезис скарново-полиметаллических месторождений Алтын-Топканского рудного района (Северный Таджикистан)"

- „ f

. а L ..

На правах рукописи

-.1 ,...... !.....1

J \ Uli ' '

Ежов (Сергеи Владимирович.

ГЕОЛОГИЧЕКИЕ УСЖСНЯ ЛОКАЛИЗАЦИЯ ОРУДЕНЕШШ И ГЕНЕЗКС СКАР1ЮВО- ПОЛЗШЕТАЛШЧЕСКИХ ШСТОРОЯДЕНИЙ АДШЬТОПКАНСКОГО РУДНОГО РАЙОНА

(Северный Таджикистан)

Специальность 04.00.11 - геология, поиски и разведка

рудных и нерудных месторождении; металлогеяия.

А в т орефе р ат

диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук:.

Москва, lwOPi

Работа выполнена в Московской государственной геологоразведочной академии

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук профессор В.М.Григорьев (ШТА),

доктор геолого-минералогических наук Н.Н.Мозгова (ИГЕМ),

доктор геолого-минералогических наук г.Б. Наумов (Государственный

геологический музей игл. В.И.Вернадского).

Ведущая организация - Центральный научно-исследовательский геологоразведочный институт цветных и благородных металлов (ЦНИГРИ)

Залита состоится 27 <ре&рсь^я iQ9j7r- в /5" час. в аудитории 54<? на заседании диссертационного совета СС2> 062,/0.0/ в Московской государственной геологоразведочной академии по адресу: 117873, Москва, ул. Миклухо-Маклая, 23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ШТА.

Автореферат разослан " 23 " Я к tap Я 19,? г.

-""^аЫЙ-ТТекр^Н'ЬрЬ ШВЬ'Ш,-

кандидат геолого-минералогических наук

А.А.Верчеба

Введение

Скарновые месторождения - один из наиболее распростраденных типов рудных объектов. Поражает разнообразие рудной нагрузки склрноЕ - б них известны месторождения почти веек металлов, за исключением хрома, сурьмы и ртути (Смирнов,1976,с.171). В.й.Синяков и М.П.Мазуров указывают, что в скарнах заключена примерно '¿Ъ% мировых запасов богатых руд железа, ¡50% запасов вольфрама, 100Z запасов флогопита, лазурита и вермикулита, примерно 30% руд свинца и цинка, крупные запасы бора, меди, кобальта к др.(Синяков, Мазуров,1983). По другим данным доля скарновых месторождений в общих запасах полиметаллов оценивается в 4-6% (Гор-жевский, 1986,Перваго, 1975).

Скарновые месторождения - один из наиболее сложных типов рудных объектов. Для них характерны сложные линзообразные залежи, грубы, гнезда, ветвящиеся тела, тогда как пластовые и пластообразные являются скорее исключением. Сложность формы рудных тел дополняется невыдержанностью распределения в них рудных компонентов.

Приведенные особенности определяют важность углубленного исследования скарновых месторождений. Такие исследования должны иметь целью совершенствование наших представлении об условиях образования скарнов и закономерностях размещения связанных с ниш полезных ископаемых, вести к разработке новых способов оценки перспективности территорий и конкретных участков, осуществлению более целенаправленных поисков, исключению ошибок подсчета запасов, прогнозированию возможной изменчивости руд на глубину.

Выделение скарновых месторождений в самостоятельную генетическую группу произошло в конце прошлого века. A.M.Батман отмечает, что первые обоснованные езгляды на процесс образования скарновых месторождении были высказаны фон-Котта в "1865 году. Большой вклад в развитие представлений о происхождении скарновых руд внесли исследования Барел-ла, Блзка, Гольдшмидта, Фон-Гроддека, Кзмпа, Лакруа, Линдгрена, Уидда, Фогта, Хесса и др., проведенные в конце прошлого и начале нынешнего столетия. Позднее проблемам скарноьых месторождений были посвящены работы многих исследователей (в сводке М.Т.Зйнауди и др. 1984г. приводится оолее 470 наименований публикаций разных лет). Среди отечественных геологов заметный вклад внесли исследования X. М. Абдуллаева, С.М.Александрова, Н.А.Влохиной, Д.К.Власова, Ф. И.Вольфсона, Е.Н.Граме-ницкого, А.М.Дымкина, В.А.Жарикова, А.Н.Заварицкого, А.Г.Ивашекцева,

Е.Д.Карповой, О.В.Кононова, В.А.Королева, Н.Н.Королевой, А.Е.Лисицына, М.А.Лицарова, А.А.Маракушева, А.В.Мидовского, Н.Н.Мозговой, Н.В.Нече-люстова, л.Н.Овчинникова, П.П.ГТилипенко, К.В.Пбдлесского, Г.Л.Поспелова, А.В.Пзка, Е. А.Радкевич, 8.д.Рудника, Ю.Г.Сафонова, А.А.Серебрицко-го В.И.пинякова, П. м. Татаринова, В. Н.Ушакова, В.Ф.Чернышева, Л.И.Ша-оынина,Ф.Н.Шахова, Ф.К.Шипулина, Ю.О.Шихина и др.. Выдающееся место занимают Фундаментальные работы Д.С.Кортанского, открывшего новый путь для исследований процессов минералообразования, основанного на использовании точных законов термодинамики.

В представленной работе рассматриваются проблемы, связанные с образованием месторождений известковых скарнов. Для этих месторождений характерна постоянная пространственная связь с магматическими телами преимущественно гранитоидного состава. Эта связь несомненно свидетельствует об обусловленности развития скарнов со стороны магматического процесса, и все виа^азаяные точки зрения так или иначе должны объяснять эту обусловленность.

Можно выделить четыре гипотезы о связи скарнов и скарнового ору-денения с интрузивным магматизмом.

1) Наиболее ранняя гипотеза, хорошо сфэрмулироваяная A.M. Батманом (1949). Кратко ее можно описать следукщим образом. Скарнообразова-кие происходит под влиянием тепла и газов, выделение которых сопровождает внедрение интрузии. Процесс начинался вскоре после внедрения и продолжался значительное время после затвердевания. Привнос рудных компонентов происходит главны}/ образом в поздний период кристаллизации интрузива, когда в остаточных порциях магмы концентрировались минерализаторы. Среди советских геологов самым ярким сторонником этих представлений был л.М.Аодуллаев.

2) Накапливайщиися материал полевых наблюдений еш,е в первые деся-тиления нашего века показал, что непосредственная генетическая связь скарновых месторождений с соседними интрузивами вряд ли возможна -интрузии пересекаются сериями разновозрастных доскарновых даек - зна-•Шп-^^-ияурташдг^Рлп^яп^плц-^плянлдтап рялкрпсталлизованы в период скаркообразовзния. Выдвигается идея, что источником постмагматических растворов являлись или более глубокие части этого же интрузива, или какой-то глубинный магматический очаг, порождающий и внедряющиеся порции магмы, и, Еспоследствии, гидротермальные растворы. Пульсационное отделение растворов отражается в стадийном развитии скарнов разного состава и затем последовательным отложением рудных минералов ( А.Н.За-варицкий, П.П.Пилипенко, Е.Д.Карпова и др.).

3) Д.С.Коржинский в целом разделял представление о глубинном магматическом очаге как источнике растворов, выносящих из него рудные компоненты. Скарны разного состава формируются одновременно как зоны биметасоматической или инфильтрационной скарновой колонки. При этом растворы не должны привносить все компоненты, как считаюсь ранее. Основные компоненты, отнесенные к группе инертных, имеют местное происхождений, и испытывают лишь частичное перераспределение, диффундируя навстречу друг Другу из гранитоида в сторону известняка (31) и наоборот (0а). Другие компоненты, относимые к вполне подвижным, привносятся растворами из магматического очага. Стадийность отложения рудных минералов объяснялась Д.С.Коркинским не поступлением разных порций раствора, а постепенным закономерным изменением состава и свойств непрерывно поднимающегося раствора. Это изменение происходило в результате проявления фильтрационного эффекта. Медленнее продвигающиеся кислотные компоненты приходят в зону минералообразования позднее основных компонентов. Это выражается сменой щелочных условий на более кислотные, и затем, после ухода кислотных компонентов, вновь на более щелочные. Смена щелочности сюусловливает разрушение комплексов, в форме которых присутствуют металлы в растворе, и соответственно выделение рудных минералов.

Большинство публикаций, посвященных скарновым месторождениям, лежат в рамках третьей, или своеобразного, часто неосознанного, сочетания третьей и второй гипотезы. Общепринятым является представление об определенной стандартной последовательности выделения рудных минералов на скарновых месторождениях. Эти представления детализируют взгляды, высказанные еще П.П.Пялипенко <1939), считавшего, что сначала из рудных минералов выделяются магнетит и гематит, затем шеелит, далее сульфиды- сначала мышьяка и висмута, потом меди, цинка и наконец свинца. Особняком здесь стоят работы некоторых исследователей Тетюхикского (Дальнегорского) рудного района. Бесконечное ритмическое чередование свежего неизмененного геденбергита с рудными галеннт-сфзлеритовыми слойками в составе сферолиговых скарновых образований, характерных для месторождений этого района, трактуется ими как свидетельство выделения и геденбергита, и сульфидных руд в единую стадию (Е.А.Радкевич, Н.Н.Мозгова, Л.Н.Хетчиков, А.М.Дымкин, С.П.Гарйузов и др.). Впрочем, эти представления поддерживаются не всеми исследователями. По мнению ряда ученых, и на месторождениях Четюхтскок группы проявлена все та же стандартная последовательность (М.Г.Добровольская и др.,1993).

4) В качестве четвертой гипотезы мы должны привести взгляды ряда

исследователей, высказанных еще на начальных этапах изучения скарновых месторождений. Эта гипотеза сейчас совершенно забыта. Ее придерживались И.Лемберг, К.Ван Хайз, В.О.Гросби, Я.Барелл, А.Лаусон, (публикации 1873-1912 г.г.). В.А.Рудник (1961) излагает ее таким образом: "интрузия магмы нарушает циркуляцию грунтовых вод (вероятно, должно быть пластовых или поровых вод окружающих пород,с.Е.),повышая их температуру и активность. Эти воды на своем пути выщелачивали из различных пород разнообразные компоненты и откладывали их в зонах контактов с интрузивными породами в виде скарнов и руд ". В определенной мере эта гипотеза перекликается с точкой зрения В.И.Синякова (1987), предположившего возможность формирования скарновых месторождений в процессе конвективного движения растворов в термическом ореоле интрузивов. Следует отметить, что это высказывание В.И.Синякова не было достаточно развито и не подтверждено примерами.

Десятилетний опыт работы автора на месторождениях Алтын-Топканс-кого рудного района показал, что целый ряд существенных особенностей геологии этих месторождении не может быть объяснен с позиций общепринятой сейчас точки зрения о магматогенной природе оруденегога. Отсюда следует актуальность проблемы, которая состоит в необходимости устранения противоречий между наблюдающимися в природе закономерностями локализации скарнов и полиметаллических руд на изученных месторождениях района и тем, что следует из существующих теоретических представлений о генезисе скарново-полиметаллических месторождений.

Цель работы - построение гипотезы формирования скарново-полиметаллических месторождений района, в которой должны получить объяснение наблюдающиеся особенности локализации оруденения изученных месторождений.

Задачи -

- выявление закономерностей и раскрытие особенностей локализации руд на месторождениях района,

- определение соотношения скарновой и рудной минерализации,

--- —гонение временного соотношения процессов формирования скарнов

и руд, дайкового магматизма и развития разраБпОйтектоннкк^ ---

- нахождение источника рудного вещества, причины его мобилизации, транспортировки и отложения,

- подтверждение экспериментальным и термодинамическим моделированием возможности одновременного скарно-и рудообразования, исследование основных особенностей этого процесса,

- выявление возможности осуществления Окислительно-Босстанови-

тельной реакции с участием железа и серы при скарнообразовании,

- экспериментальное воспроизведение процесса трансформации рудных агрегатов, развитие зональности переотложения металлов в контурах рудных залежей.

Методы исследований. Выводы автора основаны на материале, полученном из нескольких источников.

1 - детальное картирование подземных горизонтов месторождений Ал-тын-Гопканского рудного района, находящихся на тот период в стадии детальной разведки или промышленной отработки. Исследованиями охвачены четыре промышленных месторождения: Алтын-Топкан, Чалата, Северный Алтын-Топкан и Пай-Булак. Задокументированы практически все имеющиеся на них и доступные на тот момент подземные выработки: на Алтын-Топкане 4 шахтные горизонта (с 5-го по 9-й), на Чалате - 6-й штоленный горизонт, на Северном Алтын-Топкане и Пай-Булаке - по 4 горизонта штолен. Лично автором изучено более 20 погонных километров выработок, где вскрыто не менее 300 пересечений промышленных рудных залежей, не считая мелких, проявлений рудной и скарновой минерализации. На все горизонты составлены взаимно увязанные геологические планы маситабов 1:1000 - 1:2000 и необходимый комплект разрезов но линиям разведочных пересечений; эти материалы использованы Алтын-Топканской ГРП для обоснования подсчета запасов.На ряде' участков, имеющих ключевое значение для понимания структуры месторождений, картирование проводилось в масштабах 1:500 -1:200, со взаимной увязкой планов нескольких шахтных эксплуатационных подгоризонтов. Выполнена масса детальных зарисовок наиболее интересных участков, отобрано более 10 тыс. образцов и проб, просмотрено около 5 тысяч прозрачных и полированных шлифов. За эти годы получено более 500 силикатных и сокращенных карбонатных анализов горных пород, выполнено 166 мнкрозондовых определений состава минералов.

Проведение картирования предопределило необходимость проведения исследовании по целому ряду направлений, охватывающих все основные черты геологии месторождений. Эти направления касаются литологии и детальной стратиграфии вмещающей осадочной толщи на каждом конкретном участке, тектоники, магматизма, особенностей проявления метасоматичес- ' ких явлений и отложения рудной минерализации, развития зональности.

В меру необходимости привлекался материал предыдущих исследователей, даяные, полученные производственными организациями при поисках и разведке месторождений.

2 - проведение экспериментов по моделированию процессов скарно-и рудообразования. Работа проводилась с 1987 г. в лаборатории моделей

рудных месторождений Института экспериментальной минералогии РАН, в сотрудничестве с заведующим лабораторией, д.г.-м.н., профессором Г.П.Зарайским. За это Бремя проведено более 100 опытов на автоклавных и инфильтрационных установках. Опираясь на накопленный сотрудниками лаборатории большой опыт проведения экспериментальных исследований, автор предложил новые схемы подготовки препарата, что позволило получить качественно новые результаты и истолковать их с новых позиций. Выводы строились на результатах микроскопического изучения продуктов эксперимента, данных рентгеноструктурного и химического их изучения, но главным образом на данных микрозондового определения состава минералов и отдельных зон формирующихся метасоматических колонок. Всего здесь получено более 1700 единичных определений.

3 - физико-химическое моделирование процессов минералсюбразования в применении к поставленному кругу задач, охватывающих проблемы скар-но-и рудообразования. Эта работа проводилась в тесном сотрудничестве с проф. Н.Н.Акинфиевым (кафедра химии МГГА), с использованием разработанной им компьютерной программы "BALANCE".

Научная новизна. Предлагаются новые решения по целому кругу основных вопросов генезиса месторождений изученного региона: соотношения скарновой и рудной минерализации, соотношения скарнового и рудного процесса с дайковыы магматизмом, проблема совмещенности скарнообразо-вания и внедрения даек с тектоническим развитием территории, проблема источника рудного вещества, его транспортировки и отложения.

Комплекс полученных решений может рассматриваться как новая модель формирования скарново-рудных месторождений, когда процессы скар-но-и рудообразования протекают без участия магматогенкых растворов, а источником рудных компонентов являются вмещающие породы.

Апробация работы. Результаты работы целиком или отдельные ее части по мере их завершения неоднократно докладывались автором на многочисленных научных совещаниях, конференциях и встречах специалистов 75атгггттп«*'пдр.ня, отметим ппнпвние ■ доклад на совещании "Количественные модели рудных месторождеитГ*Ддя~Цмеи»0Рогкоза, поисков и разведки" (Москва, ЦНИГРИД993 г.), на 12-м и 13-м Россшских~сове1йзнщд_]то зкс-^ периментальной минералогии,( г.Миасс,1991г., пос.Черноголовка, 1995 г.), на 2-м международном симпозиуме "Teraodynamics in geology" (Новосибирск Л992, стендовый доклад).доклад на комиссии по рудной минералогии ВМО, посвященной проблеме связи скарнов и оруденения (1994 г), неоднократные выступления на заседаниях МОИП, ежегодных конференциях по экспериментальной минералогии в ГЕОХИ, научных конференциях МГГА, выс-

гупления на НТС различных научных и производственных организаций, заседаниях кафедр полезных ископаемых МГУ и НДН. Основные положения диссертации опубликованы в 29 печатных работах, фактический материал приводится в 6 научных отчетах. Данные, полученные автором, истользова-лись при подсчете запасов месторождений Алтын-Топканского рудного поля.

Практическая значимость работы. Развиваемый в работе подход к объяснению генезиса скарновых месторождений расширяет круг поисковых критериев и признаков скарнового оруденения, может быть применю.* при оценке перспективности рудопроявлений, поисках слепых рудных тел в пределах известных месторождений и открывает новые возможности для анализа металлогенической специализации территорий.

В качестве важнейших положений здесь можно отметить:

- вывод об определяющем значении металлогенической специализации вмещающих толщ для формирования скарновых руд того или иного состава (. в противовес прежним представлениям о роли металлогенической специализации интрузивов или магматических очагов),

- выявления двух генетических типов известковых скарнов, локализация которых определяется разными факторами,

- пересмотр рудоконтролирующей роли разрывных нарушений,

- установление причин зонального развития в пространстве, в термическом ореоле интрузивов, скарновых руд, по-разному обогащенных важными в промышленном отношении элементами-примесями.

Структура и объем работы. Характер поставленной задачи и методы ее решения предопределили последовательность изложения материала. Диссертация состоит из пяти глав.

В первой, вступительной, главе кратко рассмотрено развитие представлений о взаимосвязи скарнов, магматизма и рудообразования, источнике рудных компонентов скарновых месторождений.

Во второй главе изложены фактические данные по геологии и минералогии изученных месторождений, проанализированы наблюдающиеся особенности распределения полиметаллических руд и критически разобраны существующие точки зрения по проблеме рудного контроля. Показано, что фактический материал приводит к выводу о неудовлетворительности имеющихся трактовок генезиса месторождений. В качестве иллюстраций к этой части работы приводятся геологические планы месторождении и их отдельных участков, составленные автором по своим материалам, с учетом данных детальной разведки, многочисленные зарисовки взаимоотношений даек, скарнов и рудной минерализации, проявлений разрывной тектоники и ее

отношения ¡с процессам рудоотложекия. Широко использован статистический материал по опробованию. Приводятся статистически обработанные данные по изучению состава горных пород и минералов. Анализируются материалы других исследователей, касающееся вопросов геологии как непосредственно месторождений, так и прилегающих районов. Этот большой фактический материал преопределяет формулировку основных положений развиваемой генетической модели, касающихся источников рудных компонентов, характера связи рудного процесса с гранитоидным магматизмом, роль тектоники, соотношения скарнов и оруденения, стадийности процесса и др.. Однако фактический материал этого плана не может дать ответ на один из главных вопросов, без ответа на который модель не получает своего логического завершения - на вопрос, касающийся проблемы связи и взаимообусловленности процессов формирования скарнов и отложения в них сульфидных руд. Решению этой проблемы посвящены две следующие главы диссертации.

Третья глава, посвященная экспериментальным исследованиям, содержит описание результатов наиболее важных и интересных опытов. Приведены данные по составу исходных материалов, структуре составляемого препарата, условиям проведения эксперимента - Т,Р, составе и рН раствора, длительности экспериментов. Текст иллюстрирован микрофотографиями и зарисовками препаратов после опытов, данными по химическому составу минералов. Особенностью проводимых опытов являлось использование сложных рудосодержащих систем - когда препарат включал в себе сочетание карбонатной и алюмосиликатной породы, между которыми могло происходить контактово-реакционное взаимодействие, и компоненты сульфидных руд в той или иной форме, что преопределяло возможность рудоотложения. В большинстве опытов использовался хлоридные растворы. Материалы раздела дают уверенность в правильности решения вопроса о соотношении скарно-ооразоваяия и рудоотложения.

Четвертая глава диссертации содержит результаты расчетов по программе "ВА[*АМСЕ" (автор Н.Н.Акинфиев). Эта программа дает возможность .прослеживать изменение минерального состава система при изменении температуры, ляи'дёт^-чт-лругиу задаваемых условий, оценивать растворимость минералов, определять возможность сютаеотваевгя-тезидди-Иных реакций минералообразования в зависимости от условий. Основное значение имеют результаты исследования систем, имитирующих контактовой взаимодействие карбонатных и силикатных пород в присутствии рудных компонентов. Проведены исследования нескольких наиболее типичных для окарновых месторождений минеральных ассоциаций с целью оценки возможности и ус-

- И -

ловий отложения сульфидной минерализации. Получен расчетный материал по растворимости главных минералов полиметаллических сульфидных руд в высокотемпературном диапазоне, характерном для скзрнообразования. Важнейшим среди полученных результатов является вывод о возможности протекания окислитель но-востановительной реаодии с участием двухвалентного железа цветных минералов гранитоида и сульфатной серы осадочных пород, когда параллельно формируется скарновая и сульфидная минерализация, Фиксирующие производимые в этой реакции продукты - окисленное железо и восстановленную серу.

Пятая глава включает результаты количественной оценки возможности формирования месторождений согласно предлагаемой модели. Это касается источника рудных компонентов, масштабов проявления диффузионого механизма транспортировки при скарново-рудном процессе, баланса основных компонентов при развитии скарновых тел. Обосновывается предположение, что процессы минералообразования на границе между карбонатными и силикатными породами должны обязательно сопровождаться развитием широких зон слабого метасоматического преобразования, где превалирующим процессом является вынос компонентов, фиксирующихся в зоне контакта. Одним из важных следствий этого является существенное возрастание пористости, что, в свою очередь, обуславливает возможность более широкого проявления диффузионного механизма транспортировки компонентов при контактовых явлениях, чем зто полагается большинством исследователей до настоящего времени.

•Заключение содержит основные выводы, опирающиеся на полученные результаты и отражающие главные черты развиваемой гипотезы формирования скарново-полиметаллических месторождений района и представления автора на пути совершенствования поисковых и оценочных критериев.

Общий объем работы 2?о страниц машинописного текста, включающего 29 таблиц,116 рисунков и список литературы на 16 страницах.

Благодарности. Достижение положительных результатов проделанной работы было невозможно без постоянной помощи и поддержки усилий автора со стороны многочисленных коллег по работе в НИСе МГРИ, на кафедре минералогии и геохимии, сотрудников других кафедр геологоразведочного факультета института, без советов и дружеской критики со стороны сотрудников других научных институтов С КЗМа, ИГЕМа, ГЕОХК, ВИМСа, ЦНИГРИ }, так или иначе связанных с проблемами рудообразования, и в частности, образования рудоносных скарнов. В техническом обеспечении экспериментов большая заслуга принадлежит 8.А.Абрамову.] Особую благодарность автор выражает д.г.-м.н., зав. лабораторией моделей рудных месторожде-

ний ИЭМ РАН профессору Г.П.Зарайскому и д.х.н. профессору Н.Н.Акинфие-ву (каф. химии МГГА).

Основные результаты выполненних исследований

Изученные месторождения располагаются в центральной части Алтын- Топкакского рудного района (Северный Таджикистан). На площади развиты осадочные и вулканогенные накопления верхнего палеозоя, южная ее часть занята выходами гранитоидов Карамазарского батолита. Скарно-во-полиметаллические месторождения локализуются вблизи границы этого массива среди доломитистых мергелей верхнего девона или массивных известняков нижнего карбона. Магматизм и основные фазы тектонического развития относятся к герцинскому циклу.

Формирование месторождений известково-скарнового типа в настоящее время рассматривается в литературе лишь с позиций априорного признания их магматогенной природы. При этом полагается:

- источником рудных компонентов, а также многих компонентов, входящих в скарновые минералы, является скрытый глубинный магматический очаг, вынос компонентов осуществляется магматогенными растворами;

- растворы поднимаются в верхние горизонты земной коры по разрывным нарушениям, отсюда исключительная важность тектонического анализа, нацеленного на выделение раствороводводящих разрывных структур, определяющих местоположение месторождений. Зачастую подъем растворов происходит вдоль контакта магматического массива;

- образование скарнов всегда предшествует отложению руд; скарны выступают лишь как благоприятная среда для рудоотложения;

- последовательное образование разных минеральных ассоциаций рудных минералов отражает изменение состава поступающего гидротермального раствора;

т^1ярд1т^ряг!пр.лв1»а-ц-ру|71г>отдд1|гдние занимают сравнитедьно огранн-ченный временной промежуток. --

К защите предлагаются следующие положения, выражающие новые решения этих проблем:

1. Процессы скарко-и рудообрззования при формировании месторождения района осуществлялись в течение всего периода дайкового магматизма, отвечающего времени становления Карамазарского батолита и развития разрь'виой тектоники в его контактовой зоне.

2. Накопление сульфидной минерализации в скарнах происходило од-

повременно с нх ^орыкровагшем; при этом слодуот различать два тала скарново-рудиого процесса: 1 - когда одновременное возникновение скзр-новой и сульфщноЯ ккяералнзацни обусловлено осуществлением окислите льно-восстановитель кой реакция с участием железа цветных минералов магматические пород и сульфатной серн осадочных накоплений, и 2 - без развития сккслнхельно-восс'гаг.овительвой реакции, когда выделение рудник минералов ггроксгодит на геохимические барьерах, в качестве которая внступаит границы отдельные зон скарковш; иетзсомзтичесзта: колонок.

3. Процесс регрессивного преобразования скзрновнх руд является звтореашиоикы?«, протекающем без поступления новьж порция гидротермального раствора. Трансформация рудник агрегатов иокет сопровождаться активнш прострапственккы перераспределение» рудных компонентов. Последовательная смена высокотемпературных ассоциаций на более низкотеи-гсературнце сапровоя!дзется появлением нови минералов, ¡^икскруващх ввс-вобождзкэдкеся примеснно компоненты.

4. Образование ыестороященкй района происходило по конвективной модели, когда иеточнккок металлов являлись вмещаящие осадочные породи, перенос рудного вещества осуществлялся коявектавнны потоком в героическом ореоле Кзрзизззрского батолита, а осаждение обусловливалось локальным понижением растворимости сульфидов в зонах скарнообразовання.

ОБОСНОВАНИЕ ЗАЩИЩАЕМЫХ ПОЛОЖЕНИЙ 1.

Обоснование первого тезиса опирается главным образом на результаты, полученные при детальном изучении хорошо вскрытых подземными выработками месторождений: Алтын-Топкан, Чалатз, Северный Алтын-Топкан и Пай-Булзк. Использованы здесь также результаты проведенного экспериментального изучения особенностей скарнообразовання при разных температурах .

1. На основании многочисленных экспериментов, где моделировался процесс скарнообразовання, можно выделить три температурные фации известковых скарнов: гранатовую, эпидот-пироксеновую и геденбергитовую. Для первой из них, наиболее высокотемпературной (500-600°С), характерны пироксен-гранатовые скарны с гранатом, близким к гроссуляру и высо-комагнезиалькым клинопироксеном, активно развивается также Еолласто-нит. Вторая, среднетемпературная (400-500°С),характеризуется развитием

эпидот-пирокееновых скарнов, также с волластонитом. Пиро!соен является промежуточным между диопсидом и геденбергитом. На участках активногс рудоотложения возможно возникновение граната, близкого к андрадиту. Скарны третьей, низкотемпературной, фации развиваются при 350-400 С. Характерен геденбергит, на участках рудоотложения - манган-гедекбер-гит, менее широко развиты волластонит и эпидот.

Распределение скарнов разных температурных фаций в пределах Алтын- Топканского района четко отражает структуру термического ореолг Караыазарского батолита. В непосредственном контакте батолита или в егс близости развиты скарны гранатовой фации (месторождения Алтын-Топкан v Чалата). На большем удалении появляются скарны среднетемпературноу эпидот-пироксеновой фации (Северный Алтын-Топкан), и наконец, на максимальном удалении развиты скарны низкотемпературной фации ( месторождение Пай-Булак) (рис.1). Ранее высказывавшееся некоторыми исследователями мнение о развитии скарнов за счет локального прогрева порог дайками не находит подтверждения фактическим материалом - скарны могут формироваться вне связи с дайковыми телами, не обнаруживается случае! зонального распределения температурных фаций скарнов относительно дэег< (рис. 2).

2. Вопрос временного соотношения скарнов и даек для Алтын-Топ-канского района пока не нашел однозначного решения. Выделяется четыре этапа внедрения даек: гранодиорит-порфиров, гранит-порфиров, кварцевых порфиров и диабазовых порфиритов. Многими исследователями полагается, что скарновый процесс в Карамазаре протекал уже после окончания всегс дайкового магматизма (Ф.И.Вольфсоя, В.А.Королев, В.А.Арапов, Ю.С. Ши-хин, Г.А.Осипова, и др.). А.И.Серебрицкий разделяет скарнообразовани«

3 км

Пай-Булак щ

Рис.1. Распределение температурных фаций скарнов на площади Ал-тын-Топканского района. 1 - высокотемпературная, 11 - среднетемпера-турная, 111 - низкотемпературная.

Рис. 2. Развитие мощной скарновой залежи вне зависимости от лайковых тел. Месторождение Алтын-Топкая, рассечка 26-3, гор. 1400 м. 1-эффузивно-терригенные породы нижних отделов девона, 2-тонкослоистые доломитистые мергели верхнего девона, З-эпидозиты по гранодиоритам, А-тонкозернистые полосчатые скарны в вкрапленным оруденением (густота точек пропорциональна густоте вкрапленности), 5-разрывные нарушения: а-первого этапа, б-второго этапа.

на две стадии (ранних и поздних скарнов), разделенных внедрением диабазовых порфиритов. В.А.Жариков относил период скарнообрззовалия к более раннему времени, считая, что сгсзрнообразование завершилось к моменту внедрения кварцевых порфиров, а рудоотложение протекало в промежутке между внедрением кварцевых порфиров и диабазовых порфиритов.

Обратимся к наблюдениям.

В центральной части месторождения Алтын-Топкан располагается мощная дайка кварцевых порфиров, которая, будучи косо ориентированной по отношению к границе главной скарновой валежи, при прослеживании с северо-запада к юго-востоку, достигает границы скарнов в районе разведочного профиля 22.Здесь она делает резкий коленнообразный изгиб, входит почти под прямым углом в тело скарновой залежи, пересекает ее и теряется в породах лежащего бока (рис. 3,а). Зто типичная структура "преломления", возникающая при пересечении разрывами пород разной механической прочности. Подобные структуры наблюдаются, например, при пересечении поздними дайками более ранних (рис. 3,6). В разобранном выше случае колоннообразная форма дайки кварцевых порфиров свидетельствует, что к моменту внедрения этой дайют пкарновая залежь месторождения Алтын-Топкан уже существовала, и скарны выступали как более жесткие породы по сравнению с вмещающими доломитистыми мергелями верх-

- la -

CED6 CED? 110« M' ВИ»

Q 6 6

Рис. 3. Соотношение гранитоидных даек и скарнов на месторождениях Алтын-Топканского рудного района. 1-терригенно-эффузивные накопления нижних отделов девона, 2-карбонатные породы, 3-гранитоиды Карамазарс-кого батолита, 4-гранодиорит-порфиры, 5-гранит-порфиры, 6-кварцевые порфиры, ?-дибазовые порфириты, 8-зоны биметасоматической скарновой колонки: а-эпидотовая, б-гранат-пироксековая: в-бустамитовая, 9-без-рудные скарны и эпидозиты, 10-рудные скарны. Пояснения в тексте.

него девона. В то же время, наличие у даек кварцевых порфиров скарно-вых оторочек свидетельствует, что скарнообразование продолжалось некоторое время и после внедрения этих магматических пород. Таким образом, можно было бы согласиться с точкой зрения В.А.Жарикова по этому вопросу_

Однако иное мнение возникает;—рг;п»-прплня.лияирпвять соотношение скарнов и даек на других месторождениях. Структуры, совершенно аналогичные вышеописанной, существуют на месторождении Чалата. Однако там коленообразные изгибы при пересечении скарновых залежей (вместе с Центральной дайкой граиодиорит-порфиров, в контактах которой они развиты), образуют не только кварцевые порфиры, но и дайки более раннего периода внедрения - гранит-порфиры (рис. 3,в). Это должно еще более удревнить возраст скарнообразования.

Принципиальное значение имеют наблюдения, сделанные при картировании месторождения Северный Алтын-Топка!!. Часто можно видеть, как мелкие тела волластонитовых скарнов, заместивших прослои кремня в из-, вестняках, срезаются границами зональных скарновых залежей, развитых в контактах даек гранодиорит-порфиров (.рис. 3,г). Значит, условия для скарнообразования существовали и до внедрения гранодиорит-порфиров. Тогда, в "стерильной" обстановке, могли возникать лишь Еолластонитовые скарны. После внедрения гранодиорит-порфиров в процесс включались все содержащиеся в них компоненты, тогда и начинается формирование на данном участке "нормальных" скарновых залежей, представленных здесь эпи-дотовой, гранат-пироксеновой и бустамитоЕОй зонами.

Все это показывает, что скарновый процесс начинался еще до внедрения наиболее ранних даек, и оканчивался уже после внедрения наиболее поздних, оказываясь растянутым на весь этот огромный временной интервал. Именно поэтому всегда более древние дайковые тела оказываются сильнее измененными скарновыми процессами, чем более молодые, - они большее время были подвержены факторам скарнирования.

3. В истории формирования разрывной тектоники района выделяется 4 этапа, на протяжении которых изменение характера возникающих разрывных нарушений определялось изменением тектонической обстановки в ореоле батолита при постепенной кристаллизации магматических расплавов, начинающейся от контакта батолита и постепенно охватывающей все более центральные его части. В течение этих этапов происходит развитие:

I - сбросо-сдвигов, падающих согласно поверхности батолита и развивающихся в массе высокопластичных мергелистых пород верхнедевонской толщ!! (основной период внедрения),

II - взбросо-сдвигов, падающих навстречу контакту батолита, и входящих на небольшую глубину в породы краевых его фаций (начало раск-риталлизации в эндоконтакте батолита при сохранении тенденции подъема) ,

III - диагональных крупных разрывов, углубленных в тело батолита на значительную часть его поперечника (раскристаллизация магм в значительной части объема батолита),

IV - крупных разломов северо-восточной ориентировки, которые могут полностью пересекать все тело батолита (полная раскристаллизация всего батолита).

Многофазный дайковый магматизм в районе развивался параллельно с развитием структуры. На месторождении Чалата, например, подвижки по Диагональному разлому, заложенному еще на первом этапе, продолжались

непрерывно вплоть до завершения дайковой активности. Полная горизонтальная амплитуда смещения по нему, оцениваемая по смещению стратиграфических границ, превышает 500 м, смещение Центральной дайки гранодио-рит-порфиров - 320 м, по дайкам гранит-порфиров - 280 м, по дайкам кварцевых порфиров - 100 м, а по дайкам диабазовых порфиритов - 10 и.

На месторождении Северный Алтын-Топкан подвижки с горизонтальной амплитудой в 80 м проходили в период между внедрениями гранодио-рит-порфировых даек северо-западного простирания по Центральному разлому, относящемуся к разломам второго тектонического этапа. После внедрения поздней из этих даек (восточной), движения по разлому продолжались, и до окончания второго этапа части даек сместились еще на 150 м. Активность разлома в период внедрения дайковых тел обусловила появление характерных пламеневидных апофиз магматической породы вдоль отдельных тектонических плоскостей, составляющих зону разлома (рис.4). В течение третьего этапа подвижек по Центральному разлому практически не было. Тогда плоскость Центрального разлома была срезана Алтын-Топ-канским разломом, смещения по которому составляет 1,5 км. Алтын-Топ-канский разлом вмещает дайки гранит-порфиров. Приведенные факты свидетельствуют, что в течение второго тектонического этапа проходило внедрение даек гранодиорит-порфиров (не исключено, что наиболее ранние фазы внедрялись еще на первом этапе), а третьего - даек гранит-порфиров. В конце третьего этапа внедрялись кварцевые порфиры.

Таким образом, можно видеть параллельность в развитии структуры, дайкового магматизма и процессов скарнообразоваши, совершавшихся непосредственно в период становления батолита.

4. В локализации скарново-рудных месторождений Алтын-Топканского рудного района не проявлен контроль со стороны крупных разрывных нарушен™, которые могли бы рассматриваться как каналы поступления растворов. В литературе в качестве такой структуры указывается Приконтакто-вый разлом. Материалы, полученные при детальном геологическом картировании подземных горизонтов, показывают, что более реальна иная трактовка,стоуктуркой_пози[щи-Месторождений.

Приконтактовый разлом был выделен на начальных этапах изучения Алтын-Топканского месторождения. Тогда он фиксировался в виде мощной зоны бластомилонитов, проходящей вдоль контакта гранитоидов Карама-зарского батолита с известняками, к которой непосредственно прилегала скарново-рудная залежь. Позднее, однако, было установлено, что породы, принимавшиеся за бластомилониты, являются в разной степени гидротермально переработанными терригенными и эффузивными накоплениями нижних

Рис. 4. Геологическая карта месторождений Алтын-Топкая и Северный Алтын-Топкан на уровне 5-го горизонта. 1-терригенно-вулканогенные накопления 01-2, 2-тонкослоистые доломитистые мергеля Оз, 3-доломиты ташбулакской свиты (С1), 4-грубослоистые известняки (мирззрабадская, коксуйская и салляташская свиты, С1), 5-эффузивы Сг, б-гранитоиды краевых фаций Карамазарского интрузива, 7-граяодиорит-порфиры, 8-гра-нит-порфиры, 9-кварцевые порфиры, 10-скарново-рудные залежи, И-вол-ластонитовые и родонитовые скарны, 12-разрывы разных этапов: 12-1-го, 13-2-го, 14-3-го.

отделов девона. В качестве ГГриконтактовога разлома качали описывать вообще всю площадь распространения тонкослоистой карбонатной толщи верхнего девона. Это толщз действительно чрезвычайно сильно дислоцирована и вмещает большое количество лайковых тел.

На месторождении Алтын-Топкан наиболее крупными нарушениями являются два разрыва первого этапа, ограничивающие область распространения тонкослоистых пород Дз и отделяющие эти накопления от массивных известняков и доломитов нижнего карбона с севера и терригенно-вулканогенных образований Д1-0 с юга (рис. 4). к плоскости одного из них, Южного шва, в центральной части площади примыкает главная залежь месторождения. Однако предположению о раствороподводящей и рудокюнтролирую-

- го -

щей роли этого нарушения противоречат такие факты, как отсутствие зональности скарнов относительно этого нарушения, проявлений какой-либо закономерности в обогащенности скарнов рудными компонентами вблизи него, отсутствие скарнирования вдоль этого разрыва на всей остальной площади при прослеживании его к юго-западу и северо-востоку. Весьма показателен факт "отхода" залежи от плоскости шва - начиная от 26 разведочного сечения и далее к северо-востоку тело залежи все более и более отдаляется от этого разрыва, оказываясь целиком расположенным среди карбонатных пород, тогда как плоскость разлома делается совершенно стерильной в отношении скарнов и оруденения. Северный шов совершенно лишен каких-либо залетных проявлений гидротермальной активности на всем своем протяжении. Трудно объяснимо с точки зрения магматогенной гипотезы полное отсутствие оруденения и скарнов на казалось бы самых благоприятных участках - в точках пересечения швов с крупными нарушениями северо-восточной ориентиров!® - Алтын-Топканским, Андобайским и массой более мелких разрывов, на участке сочленения их с Центральным разломом. Нет зависимости оруденения скарнов от каких-либо разломов более высокого порядка, густой сетью разбивающей скарновую залежь на большей части площади месторождения (рис. 5).

Месторождение Чалата располагается целиком среди пород верхнего девона, будучи удаленным от непосредственного контакта с батолитом на несколько сотен метров. Здесь также ответа на вопрос, почему безруден сам контакт карбонатной толщи с интрузивом, почему нет скарнирования вдоль наиболее крупных нарушений, формирование которых произошло до завершения дайковой активности и которые могли бы с успехом выполнять роль раствороподводящих. Промышленные скарновые залежи Чалаты развиты в контактах протяженной дайки гранодиорит-порфиров, субсогласно залегающей среди карбонатных пород, и при этом какой-либо зависимости развития главной массы скарнов и их оруденения от разрывных нарушений любого масштаба и времени заложения нет (рис. 6).

— — 1

Во втором тезисе формулируются представления, вытекающие из результатов детального изучения структур и текстур скарновых сульфидных руд, материалах экспериментального и термодинамического моделирования процессов скарно-и рудообразования.

В мелкозернистых скарнах месторождений Алтын-Топкан и Чалата обнаруживается рассеянная вкрапленность галенита и сфалерита, не имеющая

Рис. 5. Геологический план центральной части месторождений Ал-тын-Топкан (площадь блоков 22-28, подгоризонт 1400 м). 1-терриген-но-эффузивные накопления 01-2, 2- карбонатные породы Рз, 3-кварцевые порфиры, 4-скарны с вкрапленным оруденением, 5-эпидозиты, 6-8 - разрывные нарушения разных этапов.

признаков наложекности на скарны. Эта вкрапленность не сопровождается какими-либо минералами, не входящими в скарновую ассоциацию, не сопровождается перекристаллизацией тонкозернистой массы породы, никаким образом не связана с трещинными структурами, которые можно было бы трактовать как пути просачивания рудоносных растворов (рис. 7, а). Эта вкрапленность является соскарновой, формирующейся одновременно с минералами вмещающего скарна. Здесь же присутствуют две другие рудные генерации, имеющие яркие признаки своего более позднего формирования. Первая из них сопровождается активной перекристаллизацией скарновых минералов. Наиболее типичным является образование линзовидных обособлений, пятен с зональным строением, где центр занимают кварц и кальцит вместе с крупными обособлениями рудных минералов, а по периферии развит перекристаллизованный идиоморфный железистый гранат, реже клинопи-

Рис. 6. Геологический план месторождения Чалата (6-й горизонт). 1-тонкослоистые глинисто-известковистые доломиты (джангалыкская свита D3), 2-глинисто-доломитистые и чистые тонкослоистые и массивные известняки (джарбулакская свита D3), 3 - глинисто-известковистые тонкослоистые доломиты (умбеттинская свита D3), 4-гранодиорит-порфиры, 5-6 -гранит-порфиры разных фаз внедрения, 7-кварцевые порфиры, 8-скарны и эпидозиты с непромышленной вкрапленностью сульфидов, 9-бедные вкрапленные руды, 10-богатые руды, 11-18 - разрывы разных этапов.

5 Ь

Рис. 7. Три основные генерации сульфидной вкрапленности в скарнах месторождения Алтын-Топкая, а-соскарновая, б-связанная с локальной перекристаллизацией скарнов, в-связанная с низкотемпературным замещением. 1 - скарн тонкозернистый гранат-пироксеновый; 2 - гранат перекристаллизованный ; 3 - кварц, кальцит. Черное - сульфиды. Зарисовки шлифов.

роксен или эпвдот (рис. 7, О). Это период перекристаллизации, окварце-взния скарнов, появления кварцевых прожилков (пироксеновзя фация руд, по В.А.Жарикову, 1959). Последующая генерация связана с низкотемпературным разложением скарновых минералов, развитии кальцита, кварца, ак-тинолита (актинолитовая фация руд, рис. 7, в). Первая, соскарновач генерация сфалерита несет густую эмульсионную примесь халькопирита, поздние генерации последовательно очищаются от нее.

Возможность одновременности формирования скарновой и рудной, в т.ч. сульфидной, минерализации во всем возможном интервале температур скарнообразования (350-600°С) подтверждена экспериментально (Ежов, 1994). Обнаружено, что сто присутствие компонентов сульфидных руд в системе является благоприятным фактором для скарнообразования. Природа этого влияния заключается в том, что рудосодержащие системы отличаются легкой осуществимостью реакции окисления-восстановления. Компонентами, участвующими в этой реакции, является сульфатная сера, источником которой в природе является ангидрит, присутствующий в карбонатной толще, и двухвалентное железо темноцветных минералов магматических пород. Процесс одновременного скарно-и рудообразования при осуществлении окислительно-восстановительной реакции хорошо воспроизводится термодинамическим моделированием.

Моделирование заключалось в расчете равновесных составов растЕора и фазовых (минеральных) составов системы в серии выбранных Р-7 точек при заданных начальных количествах компонентов. Расчет проводился с помощью модифицированной версии программы BALANCE, предназначенной для исследования равновесий с мультисистемах (Аккнфиев, 2986). Выбранная система описывала зону контакта известняка и гранитоида. В реакцию включался определенный объем той и другой породы, в соотношении примерно 1/3 (в первом рассмотренном примере происходит взаимодействие 226,8 куб.см известняка и 459,6 куб.см меланократового гранитоида, что составляет соответственно 33 и 67 объемных %). Взаимодействие идет при участии водного раствора NaCl с концентрацией 1 моль/кг HgO. Количество раствора во всех примерах принималось равным 55,51 моль, что составляет 1 кг воды. Проводились расчеты минеральных преобразований системы при разных температурах - от 300° до 600°С, с шагом в 50е. Давление задавалось постоянным в 1,5 кбар.

Исследовано несколько вариантов взаимодействия, различающиеся составом исходных пород (Ежов, Акинфиев, 1966). Остановимся на двух наиболее показательных.

Пример 1. Смесь кальцита и доломита в соотношении 5/1 ( 5,0 молей

кальцита на 1 моль доломита), имитирующая доломитистый известняк, взаимодействует со смесью кварца (3 моль), калишпата (0,5 моль), среднего плагиоклаза (соответственно взяты 0,5 моль альбита и 1,0 моль анортита) и биотита (1,0 моль аннита). Вторая смесь, имитирующая меланокра-товый биотитовый гранитоид, отвечает следующим объемным соотношениям (%) минералов: 18,7 кварца, 11,8 калишпата, 32,8 плагиоклаза и 35,7 биотита. Магнетит введен в качестве аксессорной примеси (1,0 об.%, 0,1 моль).

В низкотемпературных условиях появляется небольшое количество эпидота за счет трехвалентного железа полностью исчезающего магнетита. Двухвалентное железо разложенного магнетита расходуется на образование дополнительного количества биотита . Исчезает доломитовая примесь карбонатной породы, высвобождающийся магний используется для возникновение тремолита (рис.8,а).

При средних температурах в больших количествах формируется диоп-сид. При 450°С появляется некоторое количество геденбергитового.минала (за счет двухвалентного железа части биотита), но потом, при росте температуры, геденбергит исчезает (соответственно количество биотита восстанавливается). Исчезает неустойчивый тремолит.

В высокотемпературной области неустойчив и эпидот. При 550° трехвалентное железо разлагающегося эпидота вновь восстанавливает исходное количество магнетита; при 600° магнетит полностью растворяется. Устойчив диопсид, развиваются типичные для скарнов гранат (гроссуляр) и волластонит.

Во всем диапазоне температур плавно возрастают щелочность раствора (рост величины pH от 4,70 при 300° С до 9,41 при 600° С), окислитель но-востановительный потенциал (Eh от -0,36 до -1,30) и фугитив-ность кислорода (от -35,70 до -20,74).

В целом, результаты расчета находятся в хорошем соответствии с наблюдаемыми в природе соотношениями высоко-средне и низкотемпературными продуктов реакций минералообразования, когда скарновая высокотемпературная стадия минералооОразований—(гранат:—волластонит 5-магнеаиа=. льный клинопироксен) сменяется среднетемпературной ассоциацией (пироксен промежуточного состава, эпидот) и затем относительно низкотемпературной гидротермальной стадией (эпидот, тремолит). Можно сделать вывод о надежности используемых термодинамических параметров компонентов.

Пример 2. Исходная система аналогична таковой в первом случае, за исключением того, что известяк содержал не только примесь доломита, но и ангидрита (бралось по 1 молю того и другого при 4 молях кальцита,

а.

10-

5- 7га 85!

\ij |«2 |Si9

9.41

Eh «3

10 -j

5-,

-1!

-2ft"

U2 -Я

4.0

MS 6.73 6.54 6.4 Ь.Ъ

-0.5

■2S.B :

-O.S -15.08

«9 A.Al

3,i\aos

1.0

Anh 1.0 N

3.0 \ \ N \

___Ц5Т-

11.0 1 1ш loTrffsi |ш I ш 1

-0.1 1 ! 0.1 I

I 1 I 1 Wo

300 ¿00 500 600 Рис. 8. Моделирование минералообразования на контакте карбонатной породы и биотитового гранитоида в интервале температур 300-600°С , давлении 1,5.10 МПа и при участии 1 м раствора NaCl. Количества минералов в молях. Для случаев, когда: а - карбонатная порода представлена доломитистым известняком, 2 - карбонатная порода содержит кроме того примесь ангидрита. Заштрихованы новообразованные силикатные минералы; заливкой показаны минералы, концентрирующие продукты окислительно-восстановительной реакции при скарнообразовании.

что отвечает соответственно 22, 18 и 60 об. X каждой составляющей в карбонатной породе). Присутствие сульфатной серы приводит к значительному возрастанию фугитивности кислорода в системе (-26.13 при 350° против -32.21 для первого примера), и это обстоятельство коренным образом меняет ход минералообразования (рис. 8,6).

Уже начиная с 350°С полностью исчезают ангидрит и биотит. Железо, ранее входившее в состав биотита, переходит в трехвалентное состояние и расходуется на образование эпидота (его количество с ростом температуры возрастает) и гематита (с повышением температуры постепенно уменьшается). При 600°С резко повышается количество магнетита, также поглощающего окисленное железо. Вообще магнетит не исчезает из системы ни при каких температурах, причем в низкотемпературной области количество его выше, а в среднетемпературной - ниже первоначального. При низкой температуре выделяется тремолит, затем, при 400-450°С , он заменяется диопсидом. В низкотемпературных условиях увеличивается количество альбита и особенно резко калшпата, но при 450-500°С они исчезают. В высокотемпературных условиях появляется кварц (очевидно, взятое количество кальцита недостаточно для связывания всей кремнекислоты в волластоните).

Несмотря на очевидную формализацию подхода к моделированию контактового минералообразования (каш не учтены особенности динамики транспорта отдельных компонентов, например, скорости и направления диффузии частиц, зональность в распределении возникающих минералов), можно видеть, что примененный способ весьма результативен для анализа особенностей процесса взаимодействия карбонатных и силикатных пород в разных условиях.

На общем фоке изменения характера минерализации от смены температуры, можно отметить резкое изменение хода процесса, определяемое изменением состава реагирующих пород. Присутствие в скарнах диопсида является признаком присутствия магния в исходных породах ( доломит в карбонатных отложениях, флогопитовый. минал в биотите или тремолитовый. в роговой обманке грзнитоида). Незначительное количества эпидота может появляться в скарнах или околоскарновых породах за счет трехвалентного железа, ранее находившегося в составе акцессорного магнетита силикатной породы.

Расчеты показывают, насколько резко меняются особенности процесса скарнообразования в присутствии сульфата кальция. В результате сопряженного протекания окислительно-восстановительной реакции с участием серы и железа появляется обильная минерализация, концентрирующая трех-

валентное железо (в нашем случае эпидот, магнетит и гематит, в природе кроме того обычный для скарнов андрадит, а также ильвзит) и сульфиды. Количество возникшего пирита составляет при 600°С 5,2 об. 2, а при 350

- всего лишь 0,41 об.Х от количества новообразованных минералов. В результате восстановления сульфата концентрация сульфидной серы в растворе возрастает и может достигать значений, достаточных для формирования одновременного со скарнами свинцового и цинкового сульфидного ору-денения, даже если концентрации металлов в поровых растворах были очень малы (Ежов, Акинфиев, 1996).

Процесс воспроизводился нами и при экпернментальном моделировании, в специальной серии опытов, где система изначально не содержала ни сульфидов, ни минералов с трехвалентным железом. К известняку подмешивался ангидрит, в состав препарата включались закись железа и хлориды халькофилъных элементов. Опыты проводились при Т=600° С. Проведенные опыты можно рассматривать как непосредственное экспериментальное подтверждение осуществимости предполагаемой реакции - в них всегда возникал обильный гранат и эпидот, концентраторы появляющегося трехвалентного железа, и разнообразные сульфиды, в зависимости от наличия тех или иных халькофилъных металлов.

Особенно показательны результаты опыта АТ-78 (рис. 9).Здесь помимо хорошо выраженной бдаетасоматической скарновой колонки, помимо богатой минерализации новообразованных сульфидов, отлагающихся на геохимических барьерах, в эндоконтакте, по силикатной породе, вплотную к навеске смеси закиси и сульфата железа оформился участок, слаженный гранат-калгалютовым агрегатом с равномерной бедной вкрапленностью пирротина и кубанита. Этот участок резко отличается по составу от эндо-контактовых зон колонки, имеет с ними резкую границу, срезающую границы зон, вдоль которой к тому же произошло отложение сульфидов (что подчеркивает их геохимическую разнородность). Этот гранат-калишпатовый агрегат не может трактоваться как возникший в ходе биметасоматического процесса - развитие его не сопровождается адекватным изменением со стороны экзоконтакта. Образование этой ассоциации происходит в условиях разнонаправленного диффузионного привнося одних компонентов (Ге, 3

- со стороны "рудного" интервала, Са, Си - известняка) при участии других, входящих в состав исходной породы (51, А1, К) или частично заимствованных из раствора (К). Процесс в определенной степени сходен с процессом образования "скэрноидов", но, как можно видеть, это породы не совсем скарнового состава, и поэтому нами был предложен более общий термин "объемные метассматиты" (Ежов, 1995). Здесь наиболее интересным

Известняк с примиьш саслинский Р6,&1,Си

Кэр+Срх

Рис. 9. Два типа метасоматических новообразований в опыте АТ-78 (Т=600°С, Р=1 кйар, раствор 1 м КаС1+КС1, выдержка 2 недели)

а-схема строения препарата после проведения опыта: 1 - зоны биме-тасоматической колонки (контакт известняка и гранодиорит-порфира ориентирован вдоль оси ампулы), 2 - участок развития "объемных" метасома-титов; б - зарисовка гранат-калишпатового агрегата с равномерной бедной вкрапленностью пирротина и кубанита. Обозначения минералов: АЬ-альбит, Ап-анортит, ВЬ-биотит, СЬру-халькопирит, Сп-канкринит, Срх-клинопироксен, СиЬ-кубанит, Ох-диопсид, 0о1-доломит, Ер-эпидот, <3а1-галенит. 8г-гранат, бгоэ-гроссуляр, Кэр-калишат, Р1-плагиоклаз. Ругг-пирротин. БрЬ-сфалерит, Тг-тремолит, Ио-волластонит.

является равномерное развитие бедной сульфидной вкрапленности. В окислительно-восстановительной реакции, сопровождающей скарнообразование, на один атом восстанавливающейся серы приходится восемь атомов окисляющегося железа:

8 Ге2+ + 56+ = 8 Ге3+ + Б2" . Отсюда количество возникающей сульфидной минерализации всегда должно значительно, примерно на порядок, быть меньше количества минерализа-гпш- железо. Имено такое ко-

личество рассеянной вкрапленности и можно видеть среди новообразованного гранат-калишпатового агрегата (рис. 9,6).

Метасоматиты подобного типа, развитые по породам изначально смешанного состава - скарноиды - слагают рудные залежи месторождений Алтын- Топкан и Чалата. У них отсутствует четкая биметасоматическая зональность, характерная для биметасоматических и инфильтрационно-мета-соматических скарновых залежей "обычного" типа (как, например, на соседних месторождениях Пай-Булак и Северный Алтын-Топкан). Тонкослоис-

тая текстура скзрноидов отражает сложение исходных пород, где наблюдается бесконечное чередование тончайших слойков с разными соотношениями известковой, доломитовой и глинистой составляющих. Формирование этих скарноидов Алтын-Топкана происходит с привносом значительных количеств кремнезема и остальных компонентов скарновых минералов, и выносом кальция (таблица ). Лишь количество магния сохраняется на первона-

Таблица. Изменение количества основных компонентов при скарниро-вании мергелистых пород верхнего девона на месторождении Алтын-Топкан. (количество проб: мергелей - 8, скарнов - 12)

1 1 (компоненты | вес. а/ /о i г/100 см3 ¡ привнос i вынос |

1 1 i i мергели скарны мергели скарны | i (Г/100СМ3) | i

i i 1 SÍ02 ] 16,4 41,1 44,9 i 131,5 | 86,6 1 1

1 А1203 1 4,3 6,4 11,8 20,5 | 8,7 1

1 Fe203 1 1,3 4,4 3,5 14,2 | 10,7 1

I Feo | 1,8 3,9 4,9 12,5 | 7,6 1

| I 0,3 3,3 0,8 10,4 | 9,6 1

I MgO | 7,1 6,1 19,4 19,5 | 0 о 1

I CaO | 39,0 26,8 106,8 85,8 ! 21,0 |

I C02 1 "¿5,0 2,3 68,4 7,2 | 61,2 |

чальном уровне . Источником привносимых компонентов служили разнооб-

разные силикатные породы : вулканиты нижних отделов девона, гранитоиды

Кураминского массива и гранитоиды дайковой серии. Выносимый кальций

расходовался при образовании эпидозитов. Присутствие в составе верхне-деЕонской толщи многочисленных прослоев ангидрита обусловливает возможность интенсивного протекания окислительно-восстановительной реакции, когда возникает большое количество трехвалентного железа, входящего в состав граната и эпидота, и восстановленной сульфидной серы. Подобно тому, как ноовообразованные сульфиды в объемных метасоматитах вышеописанного опыта АТ-78 характеризуются равномерным распределением по всему объему, рудная минерализация в скарноидах Алтын-Топкана и Ча-латы распространена в виде тонкой и мелкой вкрапленности по всему объему залежи. Распределение ее неравномерное и носит плзстовый характер, что обусловлено различной благоприятностью прослоев разного исходного состава для осуществления скарново-рудного процесса описываемого типа.

Процесс формирования соскарновой сульфидной минерализации, локализующейся в зональных скарнах, изучался экспериментально. Обогащение

системы рудными элементами достигалось тем, что б препарат помешалось некоторое количество тонко истертой сульфидной руды, представленной галенитом, сфалеритом и халькопиритом. Обычно небольшая навеска тонко измельченных сульфидов (галенит, сфалерит, халькопирит) помещалась в торцевую часть платиновой ампулы. Далее набивался порошок тонко истертого гранодиорит-порфира, затем - известняка . Все пропитывалось растворами NaCl и KCl. Общая концентрация раствора, а тагаке соотношение концентраций NaCl и KCl в нем в разных опытах были различны. Температуры варьировали от 300 до 600°С, давление всегда было 1 кбар. Выдержка в большинстве экспериментов составляла 2 недели. После опыта проводилось быстрое охлаждение автоклава холодной водой ("закаливание"), чтобы избежать развития низкотемпературных ассоциаций.

В ходе опыта рудные компоненты переходили в раствор, диффундировали через слой гранодиорит-порфира и осаждались в области его контакта с известняком, где в это же самое время могло происходить формирование скарновой колонки. Процесс осаждения рудного вещества наблюдался во всем интервале температур, т.е. от 300 до 600°С. Он как бы не зависит от того, осуществляется одновременное с ним скарнообразование, или нет. При 300°С отложение рудных минералов происходит непосредственно на границе гранитоида и известняка , при более высоких температурах (350-600°С) рудоотложение совмещалось с биметасоматическим скарнообра-зованием, Чаще всего отложение было приурочено к внешней границе скарновой колонки - контакту волластонитовой зоны и известняка (рис. 10,а). Здесь всегда преобладал галенит, в меньших количествах присутствовал сфалерит. Наиболее крупные и обильные выделения сульфидов в этой позиции возникали в опытах при использованиии высококонцентриро-ванньи хлоридных растворов с преобладанием KCl над NaCl. В ряде опытов наблюдалось присутствие рудных минералов во всем объеме волластонитовой зоны (рис. 10,6).

Вторая позиция, где отлагались сульфиды - граница волластонитовой ч;-пттт;пт=п1фпкпекпрой зоны (рис.10.в). Формирование рудной минерализации здесь наблюдалось в опыте с использованием раствора, тде-Ма01-пре— обладал над KCl. Сфалерит и галенит присутствовали примерно в равных количествах, отмечено появление халькопирита. В одном из опытов, при использовании низкоконцентрированного раствора, формирование рудной минерализации происходило во всех .зонах скарновой колонки одновременно. При этом галенит преобладал в экзоконтактовой части колонки, сфалерит - вблизи границу экзо- и эндоконтактовых частей колонки, халькопирит и магнетит - в эндоконтактовой части колонки (рис.10,г).

с,

[ООО

Р. " ^

оо р -fe

(7 - яф&с

Wo ь-

Сс = ® -

¿C

•с

-С; —.v .. -pi ^ z ll-t ' gj

)0£

o° Й a*

' o •

Пр?«.

л . ' г

«.-«..»«I

Рис. 10. Отложение сульфидных минералов в пределах экспериментальных скарнавых колонок. Опыты при температуре 450°С. Сульфидные минералы показаны заливкой. Обозначения минералов: Сс - кальцит, Срх -клинопироксен, Ер - эпидот, Gal - галенит, Gr - гранат, Ksp - калип-пат, Sph - сфалерит, Wo - волластонит. Зарисовки шлифов.

Отложение рудных минералов из диффузионного потока рудных компонентов обусловлено различиями растворимости этих минералов в поровых растворах различных минеральных агрегатов, независимо, от природы этих агрегатов - являются ли они исходными горными породами или представляют собой отдельные зоны биметасоматической колонки. Границы между зонами выступают как геохимические барьеры. Схематически условия осуществления этого процесса отображены на рис. 11. Отложение рудных минералов в той или иной позиции в пределах экспериментальных метасома-тических колонок определяется соотношениями уровней растворимости компонентов в разных зонах колонки, шириной самих зон и темпом падения концентраций компонентов вдоль диффузионного потока. То или иное сочетание этих параметров в разных опытах, в зависимости от состава исходных пород, состава и концентрации растворов, температуры, длительности опытов может обусловливать приуроченность рудной минерализации к разным позициям в пределах скарковых колонок.

Хорошей иллюстрацией соскарнового рудоотложения данного типа являются скарновые образования месторождений Пай-Булак и Северный Ал-тын-Топкан, где рудные залежи развивающиеся преимущественно вдоль кон-

Рис. 11. Схема отложения сульфидов в экспериментальных биметароматических скарновых колонках. 1-предельные содержания компонента в поровых растворах горных пород и зон скарновой колонки, 2-графики концентрации компонента в диффузионном штоке в разные моменты времени, 3-известняк, 4-гранодиорит-порфир, 5-измельченная сульфидная руда (источник диффундирующих рудных компонентов), 6-зоны скарновой колонки.

тактов крутопадающих гранитоидных даек с массивными известняками. Залежи имеют четкое зональное строение. В зндоконтакте, по дайке, формируется зона эпидозита. В сторону экзоконтакта на месторождении Пай-Бу-лак развивается зона массивной кварц-кальцит-галенит-сфалеритовой руды, которая с внешней стороны сопровождается оторочкой геденбергита (рис. 12). На месторождении Северный Алтын-Топкая зональность скарновых залежей иная. Там экзоконтактовая часть колонки представлена гранат- пироксеновой и бустамитовой зонами, оруденение избирательно концентрируется в гранат-пироксеновой зоне. (Заметим, что присутствие граната андрадитового состава, широкое развитие зпидота в скарнах месторождения Северный Алтын-Топкан свидетельствует о некотором проявлении здесь окислительно-восстановительной реакции, так что это место-

Рис. 12. Зональная скарново-рудная залежь в контакте дайки. Месторождение Пай-Булак. 1-известняк, 2-гранит-порфир, 3-манган-геденбер-гит, 4-галенит-сфалерит-кварц-кальцитовая руда, 5-эпидозит.

рождение по характеру скарново-рудного процесса является промежуточным между Алтын-Топканским и Пай-Булакоким типами). Четкая приуроченность оруденения к определенным положениям в структуре скарновой колонки присуща многим скарновым месторождениям (Богданов, 1965, Роз,Берг,1982, Воронич,1963 и др.;. К данному типу скарновых образований, когда соскарновое рудоотлсжение происходит без развития окислительно-восстановительной реакции, нужно отнести и манган-геденбергито-вые скарны с полиметаллическим оруденением месторождений Тетюхинского района (Мозгова, Бородаевокий, 1995).

Процесс образования таких залежей, согласно главному принципу развития метасоматических пород Д.С.Коржинского, идет с одновременным перемещением границ всех зон метасоматической колонки. В то время, как внешняя зона геденбергита при своем развитии замещает известняк, тыловая зона сульфидной руды наступает на зону геденбергита. Поэтому часто наблюдаемые коррозионные взаимоотношения рудных минералов и минералов скарна в подобных случаях не могут считаться однозначным свидетельством обязательной "наложенности" рудного процесса на скарны. Все эти структуры могут возникать и в случае одновременности развития скарновой и рудной минерализации.

Следует отметить, что в противоположность первому типу соскарно-вой рудной минерализации, где руды представлены бедной рассеянной вкрапленностью, второй тип рудоотложения может приводить к возникновению очень концентрированных, вплоть до сплошных, рудных (сульфидных) скоплений.

111

Обоснование третьего тезиса опирается на явление преобразования сульфидных агрегатов, обнаруженное и изученное при экспериментальном воспроизведении скарново-рудного процесса. Сделанные при этом заключения находят подтверждения в материалах изучения скарновых руд.

На рисунке 7 показаны две основные ассоциации поздних рудных и нерудных минералов, развивающиеся в тонкозернистых скарнах месторождений Алтын-Топкан и Чалата на регрессивной стадии (рис.7,б,в). Для первой из них, относительно высокотемпературной, характерно широкое развитие железистого граната в виде крупных идиоморфных кристаллов. Гранат слагает оторочки вокруг крупнозернистого агрегата кварца и кальцита вместе с рудными минералами - галенитом, сфалеритом. Здесь нередко обнаруживаются также небольшие количества халькопирита, пирита, магне-

тита, и в виде мельчайших вростков в друг;« минералах блеклая руда, минералы серебра и висмута. Более поздняя ассоциация представлена кальцитом и кварцем вместе со сфалеритом и галенитом, примесью гематита, халькопирита, пирита, гематита. Характерно прорастание рудных минералов мельчайшими иголочками актинолита.

Новообразованные агрегаты могут формировать прожилки, но чаще присутствуют в виде линзовидных или неправильных, часто изометричных пятен в массе тонкозернистых скарнов. Часто распространенность этих участков преобразования скарнов не имеет бидимой связи с какими-либо из разрывных нарушений (рис. 13). Трудно представить, каким образом мог гидротермальный раствор, неравновесный с вмещающим скарном, проникать к этим изолированным участкам минералообразования при отсутствии видимых трещин или иных путей легкого продвижения. Такой раствор не может фильтроваться по порам породы - в этом случае он быстро придет в равновесие с вмещающим скарном, и, соответственно, лишится возможности обусловить какое-то минералообразование.

Рис. 13. Ликзовидно-полосчатая текстура скарноЕой руды месторождения Алтын-Гопкан. Видно, что развитие мелких линаовидных участков лйрекриптаддизацш скарна (показаны сгущениями точек) не имеют связи с разрывными

В опытах, когда халькопирит, изначально присутствовавший в составе препарата, замещался другими медьсодержащими фазами - борнитом или ковеллином, высвобождающееся железо выделялось здесь же, в пределах рудного интервала препарата в форме собственных минералов - магнетита или гематита. Аналогично можно думать, что последовательное замещение высокотемпературного, а значит изоморфноемкого соскарнового сфалерита более низкотемпературными генерациями сфалерита должны сопровождаться

появлением минерализации, фиксирующей высвобождающиеся компоненты. И действительно, развитие второй и третьей ассоциаций в рудах месторождения Алтын-Топкан сопровождается появлением небольших количеств (2-3%) пирита, халькопирита, магнетита, гематита, блеклой руды, минералов серебра, висмута и др..

Различие температурных условий, при которых формируется ранняя соскарновая рудная минерализация на разных месторождениях в пределах района, обуславливает одну из форм рудной зональности. Руды тех месторождений, которые располагаются вблизи границы батолита и скарны которых отвечают высокотемпературным фациям, в большей мере обогащены примесными компонентами (Си, В1, А^) по сравнению с теми месторождениями, которые располагаются на удалении от границы батолита.

Понять механизм и причину активной трансформации руд в отсутствие поступления гидротермального раствора помогают результаты специальной серии экспериментов.

Тонкоистертая смесь галенита, сфалерита и халькопирита, с незначительной примесью моноклинного пироксена, помещался в средней части платиновой ампулы, тогда как с разных сторон располагались разные по составу силикатные породы - гранодиорит-порфир и кварцевый порфир. Предполагался следующий механизм процесса. Поровые растворы каддой из пород насыщены всеми их компонентами. Для разных пород набор этих компонентов различен. Диффундируя от контакта вглубь рудного интервала, эти компоненты будут создавать некоторое различие в составе порового раствора рудного интервала со сторона его разных контактов. Естественно ожидать, что растворимость рудных минералов в этих различающихся по составу растворах будет несколько различна. Это создает определенный градиент растворимости, и с необходимостью вызывает перераспределение вещества - каждый минерал будет переходить в раствор там, где его растворимость выше, и переотлагаться там, где его растворимость ниже. Что и подтвердили опыты. В экспериментах при достаточно высоких температурах (500°С и выше) проявляется отчетливая разгонка металлов в пределах первоначально гомогенного рудного интервала. Процесс сопровождается глубокой переработкой рудного агрегата. Эта переработка может быть охарактеризована с точки зрения изменения структуры, минерального состава и перемещения компонентов.

1. Преобразование структуры. Первоначальная оскольчато-брекчие-видная резко гетерозернистая структура истертого агрегата рудных минералов испытывает последовательные изменения, в зависимости от температуры проводимых опытов. При 350-400°С изменения структуры незначитель-

ны (сглаживание угловатых контуров зерен, появление бахромчатых каемок) . При 500°С наблюдалось полное преобразование структуры, превращение с развитием микрозернистого агрегата каплевидных выделений сульфидов и мельчайших иголочек клинопироксена. Дальнейшее повышение температуры опытов сопровождается укрупнением зерен с формированием гомеоб-ластовых структур.

2. Преобразование минерального состава ярко проявлялось в отношении медьсодержащих фаз. Халькопирит при разных температурах мог замещаться ковеллином или борнитом, причем разные фазы могли сосуществовать, концентрируясь в разных участках препарата. При этом высвобождающийся компонент - железо фиксировался здесь же, обычно в форме гематита.

3. Перераспределение компонентов в пределах рудного агрегата. В проведенных экспериментах достаточно отчетливо этот эффект проявлялся начиная с 500° С. Как правило свинец переносился в сторону более кислой породы (кварцевого порфира), медь - в сторону более основной (гра-нодиорит-порфира), в развитием более или менее выраженной зональности. Форма проявления зональности сильно варьировала от опыта к опыту. Менялось количество возникающих зон (от 2 до 5), зоны могли различаться по минеральному составу (присутствие в зоне минерала, отсутствующего в других зонах), по относительной обогащенности тем или другим минералом, по структуре и по плотности. К примеру, в одном из опытов в первоначально однородном агрегате рудных минералов сформировались пять зон. Вдоль границы с гранодиорит-порфиром образовалась мономинеральная зона моноклинного пироксена, практически лишенная рудных минералов (отмечаются лишь субмикроскопические "капельки" галенита внутри зерен пироксена, с трудом видимые при максимальных увеличениях микроскопа). Следующая, медьсодержащая, зона, представлена борнитом с примесью галенита и сфалерита. Есть здесь, как и ео всех последующи зонах, присутствуют мелкие кристаллы пироксена. Далее следует зона относительно-то преобладает над галенитом (бор-

нит отсутствует). Еще ближе К -ря^пщгдг.чртгд япия

относительного обогащения галенитом (преобладает над сфалеритом). Наконец, вплотную к кварцевому порфиру располагается зона галенита, с очень незначительной примесью сфалерита (рис. 14,а).

Весьма характерным является развитие неравновесных соотношений между минералами на границах отдельных зон. Один минерал может находиться в виде реликтов в пределах зерен другого минерала (чаще всего это остатки зерен сфалерита в галените).

Можно отощать, что это обнаруженное в экспериментах явление - перераспределение компонентов в пределах рудных залежей при изменении температуры может иметь развитие и в природе - для тех рудных тел, которые располагаются на границе пород разного состава.

Перемещение вещества в пределах залежей может происходить с использованием возникающих тектонических трещин разных масштабов. При этом мелкая трещиноватость, используемая при перераспределении рудного вещества, обуславливает появление секущих прожилков, обычно выполненных относительно низкотемпературными минералами (рис.14,б-г). Подобные секущие рудные прожилки могут ошибочно воспринимаются как свидетельство поступления новых порций гидротермальных растворов. Более крупные разрывы, использующиеся при перераспределении вещества на регрессивной стадии, нетрудно принять за "рудоконтролирующие".

Проявление эффекта перераспределения руд возможно, если мощность залежи не очень значительна - иначе потенциал для диффузионного перемещения вещества, обусловленный различием состава боковых пород, мажет оказаться недостаточным. В связи с этим разрывные нарушения на разных участках месторождения могут резко различаться по своему видимому соотношению с оруденением. Например, на месторождении Алтын-Топкан этот процесс перераспределения в заметных масштабах проявился лишь на западном фланге рудной залежи, там, где мощность скарнового тела постепенно сходит на-нет. Здесь отчетливо выражена роль продольных и поперечных разрывов в перемещении рудных компонентов. Все разрывные структуры на этом участке выглядят как "рудоконтролирующие"- брекчированная ма~са в их швах обогащена выделениями галенита и сфалерита, рудные минералы густо импрегнируют окружающие породы, причем вкрапленность эта исчезает уже на расстояниях в первые метры. Рудный контур здесь охватывает в основном эпидозиты лежачего бока, развитые по эффузивным породам нижних отделов девона, безрудные на других участках месторождения. В центральной части месторождения,где мощность скарновой залежи весьма велика (до 60 м по некоторым пересечениям), влияние различия химического состава окружавших пород не ощутимо, и здесь уже все разломы, любых направлений и возрастов, совершенно безучастны по отношению к рудораспределению. На восточном фланге месторождения также кет какой-либо зависимости оруденения от разрывных структур, но уже по другой причине - таи скарновзя залежь располагается полностью среди карбонатных пород верхнедевонской толщи, и поэтому здесь нет потенциала для развития процессов перераспределения рудных компонентов (рис. 15).

- зв -

1^1 Гу~1 г Из ЕЕН СЕЗ* 0( Е23? И» ШЗ9-

Рис. 14. Перемещение компонентов рудных залежей в эксперименте и в природе.

а - опыт АТ-б4г. Т=550°С, Р=1 кбар, выдержка 2 недели. Сформированные зоны первоначально гомогенной смеси галенита, сфалерита, халькопирита и клинопироксена: 1-галениговая, 11-сфалерит-галенитовая, 111- галекит-сфалеритовая, К-оорнитовая (с галенитом и сфалеритом), У-клинопироксеновая; б - сеть кварцево-рудных прожилков (черное) в дайке кварцевого порфира, вблизи границы скарнов с вкрапленным оруде-нением, в-г - использование слепых трещинок для перемещения рудных компонентов (в - свинца~й~№нка"ТГ^ШгШкковением"-уча),тгка—богатых—руд-на границе с известняком, г - шеелита). 1-известняк, 2-гранодио-рит-порфир, 3-эпидозит, 4-гранат-пироксеновый скарн с рассеянной рудной вкрапленностью, 5-бустамитовый скарн, 6-воллаотонитовый скарн, 7-кварцевые прожилки, 8-богатая и сплошная галенит-сфалеритовая руда, 9-крупные выделения шеелита на участке карбонатизации.

Зарисовки стенок горных выработок: б и г - месторождение Алтын- Топкан, в - Северный Алтын-Топкан.

Рис. 15. Схема месторождения Алтын-Топкая. Показано положение участка, где мелкие разрывы выполняют роль локального рудораспределе-ния.

Обнаружение возможности перераспределения вещества в пределах рудных интервалов, с образованием " зональности переотложения", представляется очень важным. В природе такое перераспределение, по-видимому, должно происходить при любой направленности изменения температуры - как при ее повышении (прогрессивный метаморфизм руд), так и при ее понижении (регрессивный метаморфизм). Подобного типа процессы должны протекать на участках пересечения руд поздними дайками, создающими локальные температурные аномалии. Такое перераспределение зафиксировано на месторождении Чалата, где в ореоле даек гранит-порфиров и кварцевых порфиров, пересекающих скарны с бедным существенно цинковым оруденени-ем, отмечается обогащение руд с изменением соотношения металлов в пользу свинца . Для достаточно высокотемпературных месторождений проявление регрессивного метаморфизма с элементами перераспределения вещества в пределах рудных тел, располагающихся на границах разных пород, должно являться скорее правилом, чем исключением.

В четвертом тезисе формулируется общий вывод о генезисе скарно-во-рудных месторождений изученного района. Картина формирования месторождения может считаться завершенной, если сделаны обоснованные заключения об источнике рудного вещества, причинах его мобилизации и переноса, условиях отложения, основных закономерностях локализации в конкретной геологической обстановке.

Построение модели образования месторождений района нельзя сделать, если не учитывать два важных обстоятельства.

Первое из них заключается в том, что верхнедевонская доломитнс-то-мергелиотая толща, являющаяся вмещающей для большинства скарно-во-полиметаллических месторождений Западного Карамазара, за пределами рудных районов характеризуется региональной зараженностью свинцом и цинком. К этим отложениям приурочены рудные залежк стратиформных месторождений (Миргалимсай, Сумсарский район). По соседству с Алтын-Топ-канским районом, в горах Калканата, на десяток километров прослежен горизонт доломитов, включающий до 16 пластовых и линзовидных согласных залежей, представленных тонкой сульфидной вкрапленностью. Среднее содержание свинца здесь 0.3Z, поднимающееся иногда до IZ. Никакой гидротермальной проработки пород здесь нет, нет зависимости оруденения от разрывных структур или магматических массивов; это оруденение относится к типу сингенетического (Абрамович, 1959, Ахмеджанов,19б4, Низаыет-динходжаев, 1957). Эта сингенетичная рудная вкрапленность в породах вмещающей толщи естественно может рассматриваться как наиболее вероятный источник рудного вещества для развивающихся здесь же полиметаллических месторождений, тем более что данные изучения изотопии свинца и серы не противоречат этому (Бадалов, Виноградов, 1967, Тугаринов, Зме-енкова, 1960).

Второе обстоятельство заключается в том, что в ореоле прогрева достаточно крупных магматических массивов должно обязательно возникать конвективное движение растворов. В непосредственном контакте, в зоне максимального прогреЕа растворы в максимальной степени теряют плотность и устремляются вверх, на их место осуществляется подток новых порций раствора из пород более удаленных зон контактового ореола. Можно полагать, что анизотропия осадочной толпда обусловливает пластовую направленность потока. Сингенетичная сульфидная вкрапленность, растворяющаяся в поровом флюиде при подъеме температуры, обогащает раствор .рудными .компонентами. Согласно пластовой направленности потока, эти компоненты как бы "стягиваются" в направлении к контакту оатолита7~ЬСг' таваясь преимущественно в пределах одного и того же стратиграфического интервала (рис. 16). Именно поэтому около 80% запасов полиметаллических руд Западного Карамазара сосредоточено в скарновых залежах, приуроченных лишь к одному из горизонтов в разрезе верхнедевонской мергелистой толщи (калькаратусовый горизонт или джарбулакская свита фаменс-кого яруса) (Воронич, 1959, Мирходжаев, 1961). В высокотемпературной части ореола, в контактах с магматическими породами - источниками

Сдлонить

ЛИГ ПАРИ I rt.fr I»«

йими« псденоетги ппхм t (ошм^кйса еяягскгжюм еглммнох иипшякткм

Рис. 16. Схема перемещения вещества при формировании месторождений Алтын-Топканского рудного района.

двухвалентного железа, происходит формирование скарновых залежей, что сопровождается реакцией окисления-восстановления. Появление добавочных количеств восстановленной серы снижает растворимость сульфидов, поэтому галенит и сфалерит, привносимые конвективным потоком, начинают осаждаться. Так формируются залежи с рассеянными типом оруденения в незональных метасоматитах скарнового, существенно гранатового, состава (первый, Алтын-Топканокий, тип скарноЕО-рудных образований). Некоторое количество рудных компонентов поднимается вдоль крутопадающих даек, пересекающих первично рудоносный горизонт, в верхние части разреза. Здесь в их контактах с известняками могут развиваться зональные залежи, где скарновые минералы представлены преимущественно геденбергитом, с концентрацией руд в тех или иных позициях метасоматической колонки (второй, Пай-Булакский, тип рудных скарнов). Возможно образование скарновых залежей промежуточных типов.

Предлагаемая гипотеза хорошо объясняет многие особенности геологии изученных месторождений. Крупные разрывы безучастны к распределению оруденения в масштабах района по причине того, что здесь не было проявлено действие магматогенных растворов, поднимающихся вверх и для которых разломы могли бы выполнять роль проводников. Конвективный пластовый поток направлен практически перпендикулярно плоскостям разрывов, и эти плоскости не могут заметно на него повлиять.

- 42 -Заключение

Предлагаемая гипотеза образования скарново-полиметаллических месторождений объясняет многие особенности локализации оруденения в пределах Алтын-Топканского района.

1. Специализация рудоносности скарнов района предопределена наличием региональной зараженности свинцом и цинком карбонатных накоплений верхнего палеозоя. На отдельных участках количества этих металлов достигают про1дышленних значений, подобные скопления могут отвечать крупны/ месторождениям (.Миргалимсай, Уч-Кулач, Сумсарский район). На площади Западного Карамагара, включающего Алтын-Топканскш район, содержания металлов в осадочных породах низко и не достигает громышлен-но-кондиционного уровня. Однако суммарное количество рассеянных металлов в породах толщи таково, что при благоприятных условиях переотложение и концентрация их вполне может обеспечить появление крупных рудных объектов. Важнейшим процессом при этом Еыступает конвективное движение растворов в термических ореолах интрузивных массивов. Подъем температуры обусловливает растворение сингенетичной сульфидной вкрапленности, шток растворов переносит рудное вещество в направлении к интрузиву. Анизотропия толщи предопределяет пластовую направленность потока, благодаря чему нет рассеяния вещества по всему объему данного участка земной коры, - металлы как бы стягиваются к интрузиву, оставаясь в пределах того же первично-рудоносного горизонта осадочной толщи.

Вывод об определяющем значении металлогении вмещающих толщ при формировании скарновых месторождений справедлив не только для изученного района, а имеет более общий характер. Обращает на себя внимание, что, например, все скарново-железорудные месторождения развиты лишь в пределах территорий, где в стратиграфическом разрезе резко преобладают достаточно основные эффузивы, являющиеся источником железа (сами эффузивные породы при этом испытывают "осветление", как это отмечается на .железорудных месторождениях восточного склона Урала, Тургайского прогиба, Алтае-Саянской области); редкометальные скарны характерны для районов с преобладанием в разрезе терригенных накоплен™ (Майхура, Тырны-Ауз и др.).

2. Наибольший интерес и сложность представляет проблема отложения рудных веществ в высокотемпературной части термического ореола. Основа предлагаемого решения лежит в признании факта одновременности скарно-и рудообразования, при активном проявлении окислительно-восстановительной реакции с участием двухвалентного железа цветных минералов магма-

тических пород и сульфатной серы, присутствующей в осадочной толще. Продуктами этой реакции яеляются трехвалентное железо, обусловливающее интенсивное развитие скарновой минерализации (гранат, эпидот, в других случаях магнетит, и др. ) и восстановленная двухвалентная сера (в форме сероводорода). Последнее обусловливает резкое локальное снижении растворимости сульфидов, выпадающих в виде вкрапленности в составе скарнов. Таким путем возникают месторождения, рудные залежи которых располагаются в породах первично-рудоносных горизонтов. Характерными чертами их являются тонкополосчатые незональные скарны (скарноиды), с бедным рассеянным оруденением. Этот тип месторождений является главным для Алтын-Топканского района (месторождения Алтын-Топкан и Чалата).

3. На площади активно проявлен и иной способ образования рудоносных скарнов. Крутопадающие гранитоидные дайки, пересекающие на глубине первично-рудоносный горизонт, выступают как своеобразные проводящие зоны для подъема рудных компонентов на верхние горизонты. Такая роль дайковых тел обусловлена их большей проницаемостью как более нагретых тел, и повышенной растворимостью сульфидов в их поровых растворах по сравнению о поровыми растворами окружающих карбонатных пород. Формирование биметасоматическкх скарновых залежей в контактах этих даек сопровождается выделением руд на геохимических барьерах, в качестве которых выступают границы между отдельными скарновыми гонами. Для района этот тип оруденения является подчиненным ( месторождение Пай-Булак).

Возможно совмещение двух выделяемых типов процесса рудоотложения (Северный Алтын-Топкан).

А. Крупные разрывы, являясь крутопадающими, ориентированы в целом поперечно к конвективному потоку, следующему согласно напластованию пород , поэтому и рель их как раствороподводящих структур в условиях Алтын-Топканского района не проявлена.

5. Для месторождений первого, основного для района, типа скарновых месторождений ("Алтын-Топканский" тип) основное значение имеет не тектонический, а стратиграфический контроль. Мощные залежи могут возникать лишь в пределах первично-рудоносных горизонтов, где поток поровых растворов, участвующих в конвективном движении, содержал выщелоченные из осадочных пород рудные компоненты. Необходимыми условиями здесь являются: 1) присутствие сульфатной серы в составе осадочных накоплен™, и 2) наличие магматических пород - источников двухвалентного железа, участвующего наряду с серой в реакции скарно-и рудообразова-ния. Роль тектонического фактора здесь вторична. Она выражается лишь в создании благоприятных участков для протекания реакций скарно-и рудо-

образования, осуществляющихся здесь без участия магматогенных флюидов. Благоприятные участки возникают, где первично-рудоносный горизонт входит в контакт с достаточно меланократовыми магматическими породами, цветные минералы которых являются источником участвующего в процессе двухвалентного железа. Движения по разрывам могут обусловить появление участков тектонического примыкания горизонта к магматическим породам (месторождений Алтын- Топкан). Такие участки могут возникнуть и за счет магматического фактора - внедрения даек, локализующихся в пределах пород первично-рудоносного горизонта (месторождение Чалата). Роль тектонического фактора может быть и отрицательной. Так, на месторождении Чалата смещения по Диагональному разлому привели к тому, что на восточном фланге площади дайка гранодиорит-порфиров оказывается вне первично-рудоносного горизонта, в связи с чем и скарново-рудный процесс здесь редуцирован.

6. При образовании месторождений второго ("Пай-Булакского") типа положительная роль разрывных нарушений выражается в создании повышенной трещиноватости дайковых тел, дренирующих пересекаемый ими на глубине первично-рудоносный горизонт. Повышенная проницаемость даек создает благоприятные условия для продвижения рудных компонентов на верхние горизонты.

7. Тектонические нарушения разного масштаба часто выполняют роль локального, вторичного контроля в процессе преобразования уже сформированных залежей. Для рудных тел, располагающихся на границе между разнородными по химическому составу породами, изменение температуры приводит к внутреннему перераспределению металлов. Использование тектонической трещиноватости при этом выражается в форме появления секундах рудных прожилков обычно с более низкотемпературной минерализацией. На отдельных участках по разрывам может происходить частичный вынос металлов за пределы первоначальных рудных контуров, с обогащением окружающих пород.

я Формирование месторождений в ореоле батолита отражается в закономерном поясовом распределении температурных фаций скзряов-ткг площади рудного района. Наиболее высокотемпературные гранат-содержащие скарны характерны для непосредственного контакта, при удалении они сменяются безгранатовыми, и на максимальном расстоянии возможно развитие лишь низкотемпературных манган-геденбергитовых скарнов. Параллельно происходит и изменение обогащенности руд примесными компонентами. Разная изоморфная емкость соскарновых сульфидов, формирующихся в условиях разных температурных фаций, предопределяет разную обогащенность

руд такими металлами, как медь, висмут, кадмий, серебро, которые при всех последующих трансформациях сульфидных руд сохраняются в составе залежей.

Приведенные выше выводы, основанные на полученных в процессе работы фактических материалах геологического картирования месторождений, экспериментального и термодинамического моделирования, расширяют представления о генезисе метзсоматитов скарнового типа, причин и условий развития крупных промышленных объектов и могут быть использованы для совершенствования поисковых критериев скарнового оруденения. При проведении поисков следует учитывать следующие дополнительные критерии:

- состав руд скарновых месторождений может определяться металло-генической специализацией вмещающих осадочных или вулканогенных толщ,

- благоприятным условием интенсивного развития скарново-рудного процесса является наличие в составе осадочных накоплений сульфатной составляющей,

- локализация скарновых залежей первого (Алтын-Топканского) типа, с рассеянным сульфидным оруденением, наиболее вероятна в границах первично-рудоносных горизонтов, изначально обладавших повышенными содержаниями рудных компонентов,

- возникновение скарновых руд второго (Пай-Булакского) типа связано с крутопадающими телами магматических пород, являющимися путями перемещения рудных компонентов,

- скарновые руды высокотемпературных фаций при прочих равных условиях более обогащены элементами-примесями, чем скарны низкотемпературных фаций.

Опубликованные работы автора по теме диссертации.

1. Ежов C.B. Рудоконтролирующее значение кремневого горизонта на месторождении Северный Алтын-Топкан.^йзв. вузов, геология и разведка. 1985, N 9, с. 134-135.

2. Ежов C.B. Изменение корреляции содержаний свинца и цинка в вертикальном разрезе полиметаллических месторождений. //Новые материалы в области наук о земле. Тез. докл. МГГА, М., 1991, с. 26-27.

3. Зарайский Г.П., Ежов C.B. Экспериментальное моделирование зпи-дот-содержащих скарнов.// XII Всесоюзное сов. по экспериментальной ми-

- 46 -

нералогии. Тез. докладов. Черноголовка, 1991, с. 42.

4. Ежов C.B. Вертикальная зональность на скарново-полиметаллических месторождениях Алтын-Топканского района.//Бахил. МОШ, отд. геол., 1993, вып. 4, с. 132.

5. Ежов C.B., Зарайский Г.П. Экспериментальное моделирование эпи-дот-содержащих скарнов.//Эксперимент в минералогии. /Ар. XII Всесоюзн. сов. по экспериментальной минералогии. Черноголовка, 1993, т.1, с. 136-156.

6. Ежов C.B., Зарайский Г.П. Экспериментальные исследования формирования биметасоматических скарнов эпидот-содержащих фаций и сульфидного оруденения .^Бюлл. йот, отд. геол., 1994, т. 69, вып.1, с. 70-81.

7. Ежов C.B. Соотношение процессов скарнообразования и отложения сульфидных руд на полиметаллических месторождениях Алтын-Топканского рудного района (Средняя Азия)^"Геология рудных месторождений, 1994, т. 36, N 3, с. 237-249.

8. Ежов C.B. Конвективная модель образования скарново-полиметаллических месторождений Алтын- Топканского района как основа для геологического прогноза оруденения. Руды и металлы, 1994, N3, с. 18-29.

9. Ежов C.B. Особенности распределения свинца и цинка в вертикальном разрезе месторождений Алтын-Топканского рудного района.^Изв. вузов, геология и разведка, 1994, N1, с. 83-90.

10. Ежов C.B. Особенности метасоматических явлений при образовании главной скарново-рудной залежи месторождения Алтын-Топкан.//Новые достижения в науках о земле. Тез. докладов MITA, М., 1994, с. 25.

11. Ежов C.B. Главные черты генезиса скарново-полиметаллических месторождений Алтын-Топканского рудного района./^Доклады АН. т. 337, N2, 1994, с. 224-227.

_12. Ежов C.B. Определяющие условия развития скарново-рудного процесса в Алтын-Топканском районё" 77~Г1рОблеьйГ"магматической-4{-ме;гаыор^. фической петрологии. Тез. докладов МГГА, М., 1994, с. 9.

13. Ежов C.B. Экспериментальное исследование процессов соскарно-вого рудоотложения и трансформации рудных агрегатов.// Тез. XI11 Росс, сов. по экспериментальной минералогии. Черноголовка, 1995, с. 142.

14. Ежов C.B., Зарайский Г.П. Особенности экспериментального скарнообразования в условиях фронтальной фильтрации растворов«/Доклады АН, 1995, т. 344, Кб, с. 806-809.

15. Ежов C.B. Основные процессы рудоотложения при формировании скарново-полиметаллических месторождений Алтын-Топканского районам/Из-

- 47 -

Известия вузов, геол. и разв., 1996, N3.

16. Ежов C.B. Центростремительная модель контактового минералооб-равования.//Проблемы магматической и метаморфической петрологии. Тез. докладов на научных, чтениях памяти профессора И.Ф. Трусовой.М., МГГА, 1996. С. 9.

17. Ежов C.B., Акинфиев H.H. Моделирование процессов скарнообра-зования на ЭВМ.// Проблемы магматической и метаморфической петрологии. Тез.докладов на научных чтениях памяти профессора И.Ф.Трусовой, 1996, с. 10.

18. Ежов C.B. Разломы, скарны и Pb-Zn месторождения Алтын-Топканского рудного поля (Северный Таджикистан).// Геол.рудных м-ний, 1996. M 6.

19. Ежов C.B. Перераспределение рудного вещества в экспериментах и возможное геологическое значение этого явления. // Международная конференция "Новые достижения в науках о земле, тезисы докладов. М.,1996. С. 34.

20. Ежов C.B. Особенности проявления стадийности при формировании скарновых месторождений без участия магматогенных растворов. // Международная конференция "Новые достижения в науках о земле. Тезисы докладов. М.,1996. С. 58.

21. Ежов C.B. Экспериментальные исследования процессов соскарно-вого рудоотложения и трансформации рудных агрегатов.// Сб. трудов ИЭМ, Черноголовка. 1996.

22. Ежов C.B. Особенности контактового минералообразования без привноса вещества магматогенными растворами.// Минералогия на пороге XXI века. Тезисы доклздое годичной сессии МО ВМС. Москва, 1996.

23. Ежов C.B. Экспериментальное и термодинамическое моделирование 2-х типов скарново-рудного процесса.// Минералогия на пороге XXI века. Тезисы докладов годичной сессии МО БЬЮ. Москва, 1996.

24. Ежов C.B. Трансформация руднж агрзгатоЕ по экспериментальным данным.// Минералогия на пороге XXI Еека. Тезисы докладов годичной сессии МО БМО. Москва, 1996.

25. Zaraisky G.Р., Eshov S.V. Conditions of skarns formation according to the experimental and thermodinamic data.// Abstracts of the Second international Symposium: "Thermodinamic of Natural processes" and Russian Symposium: "Thermodina-nics in Geology". Novosibirsk, 1992, p. 146.

26. Ezhov S.V. Experimental Stady of Sulfide Ore Deposition on the contact of Granodiorite-Porphyry and Limestone at 300-600°C.//Ex-

- 48 -

periment in Geosciences, 1993, V.2, M 2, p. 36-37.

27. Ezhov S.V. Experimental reprodaction of two types of coskarn ore deposition. Experiment in Geosciences. 1994, v.3, N2, p. 38-4.1.

28. Eshon S.V. Experimental studies of skarn ore formation and transformation of ore aggregates.// Experiment in Geosciences. 1995. V.4. N 4. 1996. V.l. n 1. P. 11-12.

29. Ezhov S.V. and Aklnfiev N.N. Application of BALANCE software to the mineral formation at the contact of silicate and carbonate rocks.// Experiment in Geosciences. 1995. V.4. M 4. 1996. V.5.N 1. P. 9 - 11.

Информация о работе

Ежов, Сергей Владимирович
доктора геолого-минералогических наук
Москва, 1997
ВАК 04.00.11

Автореферат

Геологические условия локализации оруденения и генезис скарново-полиметаллических месторождений Алтын-Топканского рудного района (Северный Таджикистан) - тема автореферата по геологии, скачайте бесплатно автореферат диссертации

Похожие работы