Бесплатный автореферат и диссертация по геологии на тему

Условия и особенности формирования эндогенных месторождений Сибирской платформы

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

Автореферат диссертации по теме "Условия и особенности формирования эндогенных месторождений Сибирской платформы"

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ГЕОЛОГИИ, ГЕОШЗИКИ И МИНЕРАЛОГИИ

На правах рукописи ПУХНАРЕВШ Михаил Михайлович

УСЛШИЯ И ОСОВЕННОСШ ФОРМИРОВАНИЯ ЭНДОГЕННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ СИБИРСКОЙ ПЛАТФОРМЫ

04.00.11 - геология, поиски и разведка рудных и нерудных месторовдешй; металлогения

Ав тореферат

на соискание ученой степени доктора ге олог о-мине ралогиче ских наук

Новосибирск 1992

Работа выполнена в Иркутском государственном университете Министерства науки, высшей школы и технической политики России

Официальные оппоненты: доктор геолого-минералогических

наук, член-корреспондент РАН Е.В.Пиннекер,

доктор геолого-минералогических наук, профессор Ы.П.Мазуров,

докгор геолого-минералогическжх наук, профессор, академик РАЕН Х.В.Сеиинский

Оппонирукщая организация: Институт геологии рудных

месторовдений, минералогии, петрографии и геохимии РАН Сг.Москва)

!Защита диссертации состоится -46- и 1993 г. в час. на заседании специализированного совета Д 002.50.05 при Объединенном институте геологии, геофизике и мнералогии СО.РАН,(в конференц-зале).

Адрес: 630090, Новосибирск-90, Университетский просп.,3.

Автореферат разослан "У7! " ХМ_199^/г.

Ученый секретарь специализированного совета д.г.-м.н. с,Ф.П.Леснов

РОС ".

ГОСУ^О'* ; ■ . •' А Ц

тмм) ¡ъу.К

ВВЕДЕНИЕ

Движение вещества литосферы сегмента Сибирской платформы в период пермо-триасовой тектоно-магматической активизации на фоне предшествующих эпох относительно сбалансированного развития кратона носило контрастный характер. В высшей степени эта контрастность проявилась образованием месторождений железа. Из этого не следует, что месторождения - продукт всплеска активности платформы той эпохи с ее неповторимыми по масштабам и объему грашовым магматизмом. Возникновению месторождений, их структур предшествовал длительный путь перемещений, преобразования пород фундамента и особенно - чехла платформы, насыщенного галогенами, рассолами, жидкими и газообразными углеводородами.

Таким образом, ко времени пермо-триаса, с одной стороны, формируется относительно пассивная, с небольшим энергетическим потенциалом, но высокомобильная и реагентноепособная система, слагаемая конигоиуумсм геологических образований чехла платформы (с одним из главных его компонент - концентрированными газонасыщенными хлоридннми рассолам^, а с другой

- в эту среду вторгается активная система в виде трапповой магмы, обладающая огромными запасами энергии и рудного вещества, но испытывающая крайний дефицит флюида. Взаимодействие этих систем при наличии благоприятных факторов миграции и реагирования их вещества роздало рудосбразуицие системы, функционирование которых реализовывало сь месторождениями железа и других полезных ископаемых. Условия подобного взаимодействия, предопределившие их образование, наиболее ярко и масштабно проявились на Сибирской платформе.

Актуальность работы определялась выделением и доказательством благоприятных факторов подобного взаимодействия, установлением источников энергии, рудной мэ.ссы, флюидов, путей миграции и условий концентрирования достаточных и необходимых для формирования месторождений. Решение этих вопросов служило основанием для создания геолого-генетических моделей

- нового перспективного направления в учении о полезных ископаемых.

Своевременность постановки и решения этих задач определялись запросами практики. Углубленное изучение вещественного состава, структура, построение моделей по эталонным месторождениям позволяют более эффективно вести разведку скрытых тел, достоверно судить о запасах, строить надежный прогноз на выявление наиболее крупных концентраций железа для многочисленных (более 200) месторождений и рудоцроявлений Ангаро-Тунгус-ской провинции.

Геолого-генетические модели, помимо представлений о локализации железных руд в пределах своеобразных структур - трубок взрыва, позволяют также прогнозировать наличие на тех или иных месторождениях, кроме железа, локализацию стронция, бария, бора, меди, свинца, цинка, цеолитов, аметиста в масштабах, допускающих их практическое использование.

Цель исследования состоит в выявлении закономерностей, определивших образование эндогенных месторождений железа Сибирской платформы. Для достижения этой цели решались следующие задачи: I. Выявление геолого-структурной обстановки, бла-гоцриятной для взаимодействия пород граппового комплекса с породами чехла платформы, вызывающего образование и локализацию железных руд; 2. Определение роли концентрированных хлорвдных растворов в экстракции железа из долеритов, его переносе и от-лоаении; 3. Выявление природы с^изико-хшдпеских свойств и эволюции рудообразуицкх флюидных систем во времени и пространстве; 4. Установление причин функционирования гидротермальных рудо образующих систем в структурах чехла платформы; 5. Выявление факторов, способствующих концентрированному отложению металлов, а также разрушению сингенетичннх залежей в породах платформенного чехла.

Научная новизна работы заключалась в конкретизации доказательств участия рассолов (в главной своей массе рассолов хлоридно-кальциевого состава) в процессах рудогенеза при образовании месторождений железа; построении и обосновании геолого-генетических моделей, основывающихся на количественных характеристиках; выявлении огромной роли вмещающей среды, во многом определившей возникновение структур и месторождений.

Проведение интегральных исследований по изотопии с изучением газово-жидких включений в минералах позволили впервые

с достаточной достоверностью определить физико-химические параметры рудообразующих растворов, установить их источники воды и рудной массы. Эти данные позволили произвести расчеты их объемов уже по конкретизированным объектам (рассолам, еиллу), составить определенное представление о величине (вертикальном и горизонтальном масштабах) процессов оруденения, которые совершались благодаря функционированию рудообразующих систем гвдротермально-метасоматического типа.

Методе исследования и фактический материал. В основу работы положены материалы многолетних (с 1960 г.) исследований железорудных месторождений Ангаро-Тунгусской провинции, которые были направлены на углубленное изучение вещественного состава руд и пород, структуры месторождений. Исследования проводились на наиболее крупных ж детально разведанных - Красноя-ровском, Капаевском, Нерюндинском, Октябрьском, Татарском и эксплуатируемых - Коршуновском, Рудногорском и ряде более мелких месторождений провинции. Коршуновское месторождение, которое эксплуатируется с 1965 г. и постоянно является источником новой информации и объектом проверки и ревизии прежних представлений, было выбрано в качестве эталонного.

При изучении месторождений с поверхности были обследованы многие сотни канав, шурфов, несколько штолен, десятки километров карьеров. На глубину месторождения исследовались по многочисленным разведочным скважинам (обследовано более 500 погонных километров керна). Документация, отбор образцов, проб, штуфов руд, пород и минералов (количество которых приблизилось к 9 тыс.), составили фактограрческую основу аналитических и структурных исследований. При микроструктурных и пет-рофизических исследованиях были использованы ориентированные образцы и шлифы руд и пород (1250 образцов). Детальное исследование вещественного состава проводилось с применением как традиционных - минералого-петрографического (изучено около 5000 шлифов и аншлифов, более 1000 мономинеральных фракций), рентгеноструктурного, спектрального, химического, термохимического, так и современных методов - изотопного анализа (более 300 определений изотопных соотношений серы, углерода, кислорода, водорода и стронция) и изучения газово-жидких

включений. В небольшом объеме были применены рентгеномикро-спектральный и электронномикроскопический методы. Исследования касались не только вещества, укладываясь в масштабы "микрообъема", но распространялись и на структуры отдельных месторождений, районов и в целом на всю железорудную провинцию, охватывая "макрообъемы".

При исследовании железорудных месторождений Ангаро-Тун-гусской провинции использовался главным образом системный анализ, его производные - формационный и геономический методы. Метод формационного анализа, разработанный Новосибирской геологической школой (В.А.Кузнецов, З.Г.Дистанов, В.И.Синяков,. Г.В;Поляков, В.Н.Шарапов, А.Л.Павлов, М.П.Мазуров, А.А;Оболенский, В.И.Сотников), широко использовался при изучении вопросов генезиса месторождений, их моделирования и прогноза.

Практическое значение работы состоит в следующем: I. В пределах Ангаро-Тунгусской провинции удалось наметить наиболее перспективные по масштабам оруденения - месторождения Северной труппы; 2. Разная степень эродированности месторождений провинции (выделено 4 категории) в существенной мере меняет представления о действительном количестве локализованного железа на том или'ином месторождении после его денудации; 3. Предложены критерии для выявления наиболее крупных месторождений; 4. Приводятся рекомендации поисков и разведки скрытых рудных тел (главным образом по латерали) и целеустремленного поиска Вес, В, Си , локализация которых обусловлена наличием определенного геохимического барьера. Автором впервые обнаружена борная минерализация на месторождениях Ангаро-Илимского района, выявлено повышенное содержание стронция и лития. Указано, что, кроме минералогического, эти элементы могут представлять практический интерес. В отношении борной минерализации на Коршуновском месторождении этот прогноз подтвердился.

В пределах трубчатых структур и полей железорудных месторождений возможны высокие концентрации петрогенных полезных компонентов - цеолита, исландского шпата, аметиста,* 5. Районы с интенсивным орудевением бесперспективны, либо перспективны

в малой степени в отношении обнаружения залежей углеводородов.

Защищаемые положения. I. Месторождения, локализующиеся в трубках взрыва, формируются в тех областях, где размеры мощности и состав осадочных образований, степень и величина насыщения жидкими и газообразными компонентами, архитектура структурных форм, объем, морфология и пространственное положение тралповых тел были максимально допустимыми для их формирования. Сочетание подобных благоприятных факторов во многом определялось долговременно направленными блоковыми перемещениями фундамента платформы, интенсивность которых контролировалась движениями вещества глубинных зон литосферы. 2. Значение концентрированных газонасшценных хлоридннх рассолов, взаимодействовавших с интрузиями долеритов (при наличии вышеперечисленных факторов), в формировании структур и месторождений было одним из определяющих и диапазон участия их в этих процессах был очень широк - от брекчирования при формировании трубок взрыва до участия мобилизованных рассолов в экстракции железа из интрузий долерита, переносе и отложении его. 3. Рудообразугацие системы (РС), формирующие месторождения железа, обеспечивались достаточным количеством рудной массы, флюида, энергии, поставляемых, главным образом, силлами долеритов и рассолами, объемом и качеством оккупируемого ими пространства в границах трубочных структур. Функционирование РС осуществлялось в пределах осадочного покрова платформы. 4. Геолого-генетические модели отражают становление структур месторождений, прохождение процессов рудогенеза в динамике, позволяют проводить металлогеническое прогнозирование. 5. Гидротермальные РС, кроме созидательного действия, реализовавшегося месторождениями железа, одновременно совершали разрушительную работу -рассеивали повышенные концентрации кальция, натрия, калия, стронция, бария, бора, цинка, свинца, меди, лития и рубидия с истечением разогретых рассолов из трубок взрыва при отсутствии соответствующих барьеров; деконсервировали и разрушали залежи газообразных и жидких углеводородов.

Публикации и апробация работы. Основные положения диссертации опубликованы в I монографии (20 печ.л), 32 статьях и нескольких рукописных отчетах.

Основные выводы и отдельные аспекты работы дскладыва-

лись на роде Всесоюзных и региональных совещаний, конференций: Втором, Третьем и Четвертом Восточно-Сибирском региональном петрогра^гческом совещаниях .(Иркутск, 1974, 1979, 1985); ЕС и X Всесоюзном симпозиумах по стабильным изотопам (Москва, 1982, 1984); Всесоюзном совещании "Метаморфизм и рудообразование" (Киев-Винница, 1982); Втором и Третьем Всесоюзном совещаниях ^"Генетические модели эндогенных рудных формаций" (Новосибирск, 1985, 1990); 1У Всесоюзном семинаре по вулканогенному-осадочному литогенезу (Южно-Курильск, 1974); Всесоюзной конференции "Подземные воды и эволюция литосферы" (Москва, 1985); 1У Региональной трапповой конференции "Трапповый магматизм Сибирской платформы в связи с тектоникой и поисками полезных ископаемых" (Красноярск, 1983); семинаре "Палеомагматизм при решении вопросов тектоники и страгиграфии(Иркутск, 1985); совещании "Разломы Байкало-Амурского района и связь с ними эндогенного оруденения" (Иркутск, 1980); чтениях имени М.М.Одинцова (Иркутск, 1981).

Основные теоретические положения работы в форме научного доклада "Условия и особенности формирования эндогенных месторождений железа Ангаро-Тунгусской провинции" были апробированы на заседаниях секций рудных формаций ИГЕМ АН СССР (Москва, 1987) и Института геологии и геофизики СО АН СССР (Новосибирск, 1987), а также на ряде совещаний научных и производственных организаций Красноярска и Иркутска.,

Объем работы. Диссертация состоит из "Введения", 5 глав и "Заключения", общим объемом 300 машинописных страниц текста, 35 таблиц, 106 иллюстраций, списка литературы из 662 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава I. ИСТОРИЯ ОСВОЕНИЯ И РАЗВИТИЕ ПРВДСТАВЛЕНИЙ О СТРОЕНИИ И ОБРАЗОВАНИИ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ЖЕЛЕЗА

Первые сведения о залежах железных руд в Ангаро-Илимском районе были даны М.Козицким (1847). Детальные исследования месторождений этого района были впервые проведены К.И.Богдановичем (1896, 1912). Он дал схему генезиса месторождений и выявил

связь их о траппами и приуроченность к трубкам взрыва. С.А.Докторович-Гребницкий (1931) указал на широкое участие гидрохимических процессов при образовании месторождений. С.С.Смирнов (1931,1932) внес большой вклад в изучение, промышленно-эко-номичеокую оценку месторовдений, которые были отнесены им к особому - "Ангаро-Илимскому типу". В.С.Соболев (1931, 1936) многократно указывал на генетическую связь месторождений железа, проявления полиметаллов с траппами. Н.П.Аникеев (1934, 1936) установил зависимость размеров и формы жил, мощности околорудных пород от состава вмещающих пород. С 1949 по 1960 гг. - период интенсивной разведки, открытий месторождении железа во многих

районах юга Сибирской платформы, объединенных позднее в Ангаро-Тунгусскую провинцию. Высказывается гипотеза, согласно которой генезис местороддений обусловливается взаимодействием долерито-вых силлов с пластами каменной соли (Н.В.Антипов и др., 1960; Павлов, 1960). П.Е.Оффман (1954) приводит убедительные данные о принадлежности месторождений трубочным структурам. Месторождения железа изучаются многими исследователями, которые расходятся во взглядах по определению источников рудного вещества, флюида и энергии. Одни считают ими глубоко залегающие очаги трапповой магмы (Л.Г.Сграхов (1978); В.А.Вахрушев, А.Е.Воронцов (1976); В.И.Никулин, А.И.Скршшн (1974); М.М.Одинцов и др., (1980); Г.С.Фон-дер-Флаас (1980); Б.В.Олейников (1979). Другие - долеритовые силлы и рассолы, залегающие в нижних горизонтах чехла платформы (Е.А.Басков (1965, 1976, 1983); М.М.Пухнаревич (1967, 1971, 1982, 1985, 1986, 1988); Д.И.Павлов (1970, 1974, 1975, 1985); Д.И.Павлов, И.Д.Рябчиков (1968, 1970);.Д.И.Павлов, А.А.Пэк (1979); Г.Д.Феоктистов (1972, 1979, 1975, 1978). Ю.Г.Старицкий, В.Л.Масайтис (1970, 1971, 1974), Н.С.Малич, Е.В.Тугаринова (1975, 1980), Г.С.Мовджи и др. (1976) считают, что флюид, рудное вещество, формирующие месторождения, возникали комбинированным путем. В чем же расхождения и сходство во взглядах вышеуказанных исследователей? Во взглядах на источник энергии и рудного вещества (за исключением Г.С.Мовджи и др.) все исследователи единодушны - это трапловая магма. Расхождение здесь - в определении пространственного положения очагов трапповой магмы - от мантийных и коровых до залегающих в чехле трап-повых интрузий (силлов). В отношении структур месторождений

взгляда по большинству пунктов сходятся - это трубка взрыва, расходятся - в определении причин, условий их образования. По стержневому вопросу - источнику воды гидротермальных растворов взгляды существенно расходятся. Одни считают, что гидротермы формируются за счет ювенильных вод (глубинного проиоховдения), другие - за счет метеорных вод (рассолов, залегающих в чехле), либо при их смешивании. Во многом схожи взгляды исследователей в определении путей миграции зон рудолокализации, в отношении форм переноса железа, магния, кальция - отдается предпочтение хлорным соединениям, а при их отложении - окислам. Расхождения отмечаются при моделировании процессов экстракции железа из траппов, фазовых состояниях соединений железа и состава транспортирующих агентов до мест и способов его локализации. Здесь следует отметить гораздо больше общих или близких точек зрения по тому или иному вопросу и они достаточно убедительно решаются современными методами - превентивно на количественном уровне.

Глава 2. ГЕОЛОГИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Обусловленность формирования структур и месторождений "развитием литосферы Сибирской платформы. Формирование структур и месторождений железа Ангаро-Тунгусской провинции обусловливалось сложно дифференцированными движениями вещества литосферы. Энергия для подобных движений генерировалась в глубинах мантии, накапливалась в верхнем астеносферном слое мантии (Тунгусская и Витим-ская зональные аномалии) и реализовалась образованием, движением базальтовых магм с поступлением их в верхние этажи платформы, формированием сложного ансамбля структурных форм с определенны!,I вещественным наполнением и созданием благоприятной геологической ситуации, способствовавшей возникновению месторождений. Рельефом поверхности М в цриближенных контурах очерчены границы опусканий и поднятий платформы, разбитой на блоки. Блоковая структура фундамента определялась.региональной сеткой глубинных разломов, направление которых задавалось напряжениями, исходящими от астено-сферных слоев мантии. Связь между мощностью базальтового слоя и структурами чехла находит свое отражение в пространственном размещении эндогенных железорудных месторождений Сибирской платфор-

мы - все месторождения располагаются над районами с повышенной и умеренной мощностью (25-19 км) базальтового слоя. Подобной связи корреспондирует, но менее контрастно, и гранитно-метаморфический слой платформы. Месторождения располагаются над блоками фундамента с повышенной плотностью. Между железорудными месторождениями и глубинными разломами фундамента нет прямой связи. Она опосредована, завуалирована и находит свое отражение в формировании складчатых и разрывных структур, в высокой степени траппового магматизма, проявляясь и венчаясь (с учетом других факторов) образованием месторождений.

Печать изменений, которые оставила мантия в земной коре Сибирской платформы, наиболее ярко отразилась на осадочном слое в силу более высокой фгзико-химической восприимчивости пород, приводящей к неравновесности его ассоциаций. Дислокации чехла платформы реализовались тремя типами структур: пликативннми, дизъюнктивными и инъективными нарушениями. На территории Ангаро-Тунгусской железорудной провинции ранее ввделено несколько пликативных и дизъюнктивных структур разных рангов, ранжирование которых венчается структурами Ш порядка, к которым приурочены трубки взрыва (инъективные структуры), локализующие железные руды. К структурам Ш порядка отнесены отдельные линейные антиклинальные складки, зоны подобных складок, брахиантиклиналыше складки и куполовидные поднятия. В распространении, формах, пространственном положении структур Ш порядка отмечается определенная закономерность, проявляидая-ся, во-первых, в их возникновении только в отложениях чехла с существенным количеством пластического материала (каменной соли, гипса, ангидрита, аргиллитов); во-вторых, в этих структурах пластические деформации наиболее полно проявились на уровне залегания галогенов; в-третьих, надсолевая толща этих структур смещена от десятков и сотен метров до 1,2 км; в-четвертых, структуре Ш порядка развиваются над граничными участками с поднятием и опусканием блоков фундамента разного ранга ( опосредованная связь месторождений с разломами фундамента). Направление локальных структур соответствует разломам фундамента. Антиклинальные структуры в своих ядрах локализовали повышенные объемы рассольных вод, газов, УВ, трапповой магмы, являясь своего рода концентрами энергии и последующей ее разрядки по разломам и трещинным зонам, по антиклинальным сводам этих структур с образованием

трубок взрыва и локализацией в них руд.

Объем, состав и свойства пород чехла платформы - вмещающей среды структур и месторождений. Осадочные и туфогенные породы служили материалом для различных структурных построек, в частности, локальных структур Ш порядка и собственно.структур месторождений (трубок взрыва). Соленосные и карбонатные породы являлись неисчерпаемым источником для формирования инфильтрогенных рассолов. Терригенные породы поставляли в рассолы в существенных количествах барий, бром, литий, стронций, железо, медь, свинец, цинк, редкие щелочи и другие элементы. Осадочные породы чехла Сибирской платформы (в совокупности и непосредственно.в районах месторождений железа) в силу различия физико-механических свойств являлись либо аккумуляторами значительных объемов расс.олов, газов, УВ (коллекторами), либо их коноервантами (фшюидоупорами).Сочетание определенных свойств пород-коллекторов с фшюидоупорами ранее позволило выделить несколько типов резервуаров, различающихся по качеству. Месторождения железа Ангаро-Т^нгусской провинции посредством трубок взрыва были связаны с наиболее высококлассными, емкими резервуарами (к примеру, нижне- и верхнемотским резервуарами), коллекторские свойства которых во многом были улучшены воздействиями тепловых полей внедрившихся трапповых силлов. Это приводило к приращению дополнительных объемов флюида, принимавшего участие в формировании месторождений. При прорыве флюида по трубкам взрыва через толщу осадочных пород от 1фовли силла до-лерита на уровне нижне- и верхнемотского резервуаров возникала гидротермальная система, циркуляция флюида в которой была направлена к интрузиву и далее - в области пониженного давления - по направлению к трубке взрыва. В эту систему подключались и флюиды резервуаров, залегающие выше по разрезу - осинского, бельского, булайского. Отмечается четко выраженная связь месторождений с силлами долеритов» которые внедрялись в породы-коллекторы нижне-мотского, реже - верхнемотского резервуаров. В районах, где подобные силлы внедряются в соленосные отложения, железорудные месторождения отсутствуют. Все месторождения провинции располагаются в районах, где суммарная мощность каменной соли нижнекембрийского возраста не. превышает 400-500 м. Сульфатные отложения 'пород чехла (силура, менее- кембрия, ордовика) служили источником для образования сульфатных вод, которые, в свою очередь, при смешении

с поступающими из нижних горизонтов чехла рассолами, обогащенными рядом элементов, являлись для них геохимическим барьером. Здесь отмечались сульфаты стронция, бария и сульфиды меди, цинка, свинца. Для северной части Ангаро-Тунгусской провинции, имеющей более существенные скопления сульфатов, локализация этих элементов на железорудных месторождениях достигала объемов, пригодных для практики.

Степень насыщения отложений чехла платформы трапповым материалом контролировалась и зависела от мощности базальтового слоя. Высокая степень насыщения трапповым материалом и соленосными отложениями чехла платформы препятствовала формированию месторождений железа, локализующих его структур. Все месторождения железа провинции находятся над интрузиями трапповых силлов самых глубоких горизонтов осадочного покрова платформы (к примеру, Усольский силл) и связаны с ними трубками взрыва.

Гидрогеологическая обстановка, сопровождавшая формирование структур и месторождений. Генетическая и пространственная связь всех без исключения месторождений и рудопроявлений Ангаро-Тунгусской провинции с областями распространения рассолов (Ангаро-Лен-ского и Тунгусского артезианских бассейнов) и траппов (южная часть провинции сибирских траппов) постоянна и закономерна. Отсутствие одного из составляющих пары: дояеритовый силл-рассол (без учета структурного контроля) исключало образование месторождений. Огромная площадь распространения, большие объемы и высокая концентрация хлоридно-кальциевых рассолов нижне-, верхнемотского водоносных комплексов способствовали наиболее полному и интенсивному реагированию с внедрившимся в них силлом долерита и этот альянс (при наличии структур Ш порядка) разрешился образованием трубочных структур и месторождений. Хлоридно-нальциевые и хлоридно-нат-риевые рассолы Сибирской платформы благодаря определенному составу, объему солей и газов, наличию РОВ обладали высокой активностью, что способствовало экстракции из терригенных пород и траппов многих элементов, накоплению их в рассолах и транспортировке до мест локализации (т.е. до участков с иной обстановкой -того или иного вида барьера), либо рассеянию (при отсутствии барьеров). Все месторождения железа провинции приурочены к рассолам, насыщенных азотно-метановыми газами, повышенные концентрации которых возникали при формировании трубок взрыва и брекчи-

евых зон, когда значительная часть скоплений УВ была деконсерви-рована, вовлечена в эксплозивный процесс и при окислении бактериями (накопление азота); резервная часть метана в пределах открытых гидротермальных систем насыщала рассолы. Деконсервация касалась не только метана, но и водорода, углекислого газа, окиси углерода, значительные количества которых возникали при взаимодействии траппов с рассолами и угленосными породами, накапливались -и сохранялись в закрытых структурах. Эти газы, также как и УВ, подвергли деструкции структуры Ш порядка, формируя трубки взрыва, и в дальнейшем участвовали в процессах скарнорудообразова-ния и реакциях экзотермического характера. Железорудные месторождения провинции располагаются в области мобильных максимальных напоров седиментогенных и инфильтрогенных рассольных вод (между областями пьезомаксивдмов и пьезоминимумов). Главные транспортные магистрали для разгрузки рассолов - трубки взрыва и брекчиевые зоны возникали в ослабленных дислокациями и эрозией антиклинальных сводах структур Ш порядка под действием высокого давления восходящих рассолов, главным образом - при действии их газо-паро-вой смеси, бризантность которой к поверхности возрастала с увеличением объемов взрывных смесей из метана и кислорода.

Трубки взрыва, прорвавшие ядра антиклинальных структур Ш порядка, являлись главными очагами разгрузки рассолов глубоких горизонтов в силу их высокого пластового давления, возрастающего благодаря тепловому воздействию трапповых силлов, вовлекая в свою сферу рассольные воды и верхних горизонтов. Подобный механизм разгрузки глубинных, главным образом, хлоридно-кальциевых рассолов с их разогревом, смешением с гидротермами траппов, хло-ридно-натриевыми рассолами соленосной и надсолевой толщ, являлся стержневым в действии гидротермальных систем, формировавших месторождения.

Суммируя вышесказанное, отметим, что при рассмотрении условий формирования железорудных месторождений, их структур мы оперировали крупными региональными геологическими категориями (железорудная провинция, артезианский бассейн, верхняя мантия, земная кора Сибирской платформы, ее слои), иногда прибегая к категориям более мелкой номенклатуры (рудный район, водоносный комплекс, резервуар, интрузивная и эффузивная фации пород) - в общем, оперируя в границах макрообъемов. Эти категории рассматри-

вались во взаимосвязи в иерархическом ряду геосистем и их существование, взаимодействие обусловливалось определенным вещественно-энергетическим содержанием в конкретных пространственно-(структурно ) -временных ограничениях. Интегральный региональный подхсщ к исследованиям (с учетом ретроспективы) создавал возможность для конструирования условий формирования, максимально приближенных к реальности, не только для всей Ангаро-Тунгусской железорудной провинции, но и для ведения сочетания благоприятных факторов, способствовавших формированию отдельно взятого месторождения.

Глава 3. СТРОЕНИЕ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Для всех месторождений Ангаро-Тунгусской провинции установлены общие признаки структурного контроля, связи с трапповым магматизмом.. При сравнительном анализе структур месторождений провинции нами (Пухнаревич, 1986) установлено три уровня их эрозионного среза. Определено, что как бы глубоко не было срезано месторождение, сохранившиеся части его структуры тождественны (за вычетом эрозионного среза) месторождениями с полной структурой. Примером месторождения с полной структурой было выбрано Нерюцдинское месторождение (одно из крупнейших месторождений провинции). Используя его структуру в качестве эталонного объекта, а также структуры наиболее крупных и хорошо разведанных месторождений (Коршуновского, Рудногорского, Капаевско-го, Октябрьского, Татарского), имеющих разный эрозионный срез, нами составлена обобщенная модель структуры железорудных месторождений провинции (Пухнаревич и др., 1985, 1988). Основными структурными элементами месторождений являются трубки взрыва и вмещающие их структуры III порядка. По морфологическим и генетическим признакам структуры месторождений по типам дислокаций разклассифщированы на пликативные, дизъюнктивные и инъективные структурные формы. В их формировании участвовали осадочные породы чехла платформы и трапповые породы интрузивной и эффузивной фаций. Во всех структурах месторождений Ангаро-Тунгусской провинции отмечаются перманентность, преемственность, сопряженность, последовательность проявления дислокаций в пространственно-временных ограничениях. Несовпадение проекций месторождений (структур) с разломами фундамента платформы, их смещение по горизонтали от сотен метров до 1,2 км объясняются сдвиго-

выми нарушениями по горизонтальным и вертикальным плоскостям смеогителей. Эти дислокации проявлялись благодаря наличию пластов каменной соли (пластичного материала), расплава трапповой магмы (первоначального состояния силлов), большой 1фивизны поверхности фундамента платформы и ее высокой сейсмичности в пермо-триасовую эпоху. При формировании структур месторождений инъек-тивные структуры играли главенствующую роль. Они проявлялись по пликативным и дизъюнктивным структурам, заключали предельный объем оккупируемого ими пространства и овеществлялись трубками взрыва (некками), локализующими основные залежи руд. На степень метасомагических преобразований и оруденения брекчиевого субстрата инъективных структур влияют величина и состава кластов. Величина, форма, состав рудных тел и околорудных пород во многом определялись и зависели от конструкции структур месторождений. Подобная зависимость прослеживается по принадлежности рудных тел, руд определенного типа к тем или иным компонентам структуры месторождения, нашедшим отражение в обобщенной модели месторождений.

Глава 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЕЩЕСТВЕННОГО СОСТАВА МЕТАСОМАТИТОВ И РУД ЖЕЛЕЗОРУДНЫХ МЕСТОРОВДЕНИЙ

Вещество месторождений исследовалось в границах микрообъемов - от рудных тел и околорудных зон до породы, минерала и далее - до молекулярного и атомного (изотопные исследования) уровней. Подобные детальные исследования позволили выявить на месторождениях ряд новых минералов (Пухнаревич, 1968, 1971, 1973, 1975, 1982, 1986), указать на борную минерализацию и повышенные содержания стронция и лития. Главное - они явились той материальной вещественной базой, на которой строились доказательства гене- ■ зиса месторождений.

Результаты исследований метасоматитов и иуд месторождений. Детайьные минералого-петрографические исследования широкого спектра метасоматических пород, руд и гидротермалитов железорудных месторождений Ангаро-Туш'усской провинции показывают, что все они возникли при участии гидротермального раствора (флюида) путем метасоматического замещения (полного, иногда - частичного), минерального состава осадочных и пород трапповой формации (мета-соматиты, оруденелне в разной степени), либо прямым выпадением

из раствора (гидротермалиты - жилы, прожилки, отдельные скопления минералов). Выделенные метасоматиты образовались при инфильт-рационном метасоматозе, в результате которого выравнивалиоь химические характеристики пород разного исходного состава. По смене минеральных парагенезисов в определенной последовательности, отражающей температуру и кислотность - щелочность растворов, выделены группы пород или зоны, занимающие определенное пространство в структуре месторождения. Так, выделена зона скарнов, к которой с внешней стороны примыкают скарнированные, скарноподобнне породы, а по периферии распространены метасоматиты низкотемпературной стадии. Скарны вмещают метасоматические и жильные рудные тела, в свою очередь, взаимные переходы мевду которыми сопровождаются мощными ореолами оруденелых скарнов. В работе дано детальное ми-нералого-петрографическое описание метасоматитов и впервые приведена классификация метасоматических процессов и пород, составленная на основании теоретических положений Д.С.Коржинского (1955, 1957, 1964, 1966, 1973), с учетом специфики месторождений (Пухна-ревич, 1968, 1969, 1982, 1986).

Магнетиты месторождений провинции, среди которых выявлено три генерации (магнетит I, магнетит П и магнетит Ш) характеризуются значительной неоднородностью состава и физических свойств. Химически чистого магнетита на месторождениях не обнаружено. Содержание железа варьирует, резко понижаясь до 55 % в магнетитах П, в которых также возрастает количество изоморфных примесей магния, алюминия, кремния, кальция, марганца и титана. Магнетит П, содержащий до 2-3 % кремния и кальция, был отнесен (вслед за Л.В.Петровой, 1975)к кремнисто-кальциевой разновидности. Магнетит П (кремнисто-кальциевый) снижает содержание железа в руде, а оуб-микроскопические включения шпинели, хлорита во всех генерациях магнетита разубоживают железные концентраты.

Химизм процесса метасоматоза. Преобразование исходных неизмененных пород в скарноподобнне (цроцесс скарнирования) происходит при цривносе кальция, магния, железа, воды и выносе кремния, алюминия,.щелочей и титана. Образование скарнов (процесс скарнообразования) сопровождается значительными привносами кальция, менее - магния, железа (за исключением траппов), щелочи выносятся. В скарнах, по сравнению с исходными породами, доминирует трехвалентное железо, что указывает на высокий окислительный

потенциал растворов. Отмечается-уменьшение количества 1фемнекис-лоты, в меньшей степени - глинозема. Количество воды и углекислоты возрастает, привносятся фосфор и хлор. Оруденение скарнов характеризуется привносом большого количества железа, магния, в меньшей степени фосфора, воды, титана и выносом щремния, кальция, алюминия и углекислоты. Минералогически это находит отражение в метасоматическом замещении скарновых минералов рудными: магнетитом, реже - гематитом и пиритом в ассоциации с хлоритом, иногда - апатитом. Преобразование осадочных пород в скарны сопровождается привносом (тысячные, сотые доли процента) никеля, кобальта, ванадия, хрома и титана. Во всех метасоматитах и рудах, помимо высоких содержаний элементов группы железа, отмечаются (особенно в скарнах) высокие концентрации бора,стронция, повышенное содержание лития. Высокие концентрации бора и стронция, повышенные -свинца, цинка и меди отмечаются среди метасоматитов и гидротерма-литов фронтальных частей месторождений (особенно на месторождениях северной части Ангаро-Тунгусской провинции). Для метасоштиче-ского рудообразования, проходящего в раннюю и позднюю щелочные стадии, наиболее благоприятна среда скарнов, преимущественно пи-роксенового состава. Магнетитовое оруденение в позднюю щелочную стадию характеризуется высоким содержанием магния, благодаря увеличению щелснности растворов и возрастанию химического потенцила магния, что позволило последнему более свободно изоморфно замещать в магнетите двухвалентное железо.

Изотопные исследования руд и пород месторождений железа. Изотопные исследования на многих месторождениях Ангаро-Тунгусской провинции (Пухнаревич, 1982, 1983,.1984, 1985, 1986, 1988; Пухна-ревич, Борщевский, 1982; Пухнаревич, Наумов, Банникова, 1984, 1985) в столь существенном объеме и по ряду новых элементов были проведены наш впервые. Породы, руды, минералы, их газово-жидкие включения, рассолы изучались по изотопным соотношениям серы, углерода, кислорода, стронция и водорода, отобранным по керну, пробам воды из скважин (от поверхности до глубины 1500 м). Аналитические данные, полученные с цриложением метода изотопии при таком интегральном подходе исследования месторождений (в совокупности с другими ге.олого-гео|изическими данными), создали надежную фактографическую основу для суждений о генезисе месторождений железа, наиболее приближенных к реальности. Были установлены следующие закономерности.

По изучению изотопных соотношений серы. I. Подавляющее большинство седиментацион-ных сульфатов (гипса, ангидрита) Сибирской платформы приобрели повышенные концентрации тяжелой серы в стадию эпигенеза в процесс сульфат-редукции. Утяжеление серы этих сульфатов продолжалось и было тем эффективнее, чем более открытой была система (трубки взрыва, зоны повышенной трещиноватости) и насыщенной углеводородами в форме нефти, метана, битумов; 2. Сульфаты с низкими значениями тяжелой серы (встречаются редко) указывают на иную радиальную обстановку при их отложении и на высокую консервацию отдельных горизонтов, участков от процессов сульфат-редукции; 3. Повышенное содержание тяжелой серы в сульфидах железорудных месторождений и других рудопроявлений указывает на участие в их образовании серы осадочных сульфатов, в свою очередь, ранее обогащенных тяжелым изотопом; 4. Высокие и аномальные значения §534 сульфатов указывают на интенсивный процесс сульфат-редукции благодаря наличию открытой системы (трубки взрыва),присутствию углеводородов. Это может являться поисковым критерием для обнаружения залежей УВ, которые сохраняются в условиях закрытой системы; 5. В процессах рудообразования и минералообразования, связанных с взаимодействием серы и ее производных, главная роль принадлежит сере корового происховдения (породам осадочного покрова платформы)".

По изотопным соотношениям уг -лерода и кислорода выявлены следующие закономерности: I. Известняки железорудных месторождений по сравнению с карбонатами территории нашей страны обеднены тяжелым изотопом углерода. Это указывает на более восстановительный характер обстановки при их образовании. Последующие процессы эпигенеза, во многом обусловленные микробиальным разложением углеводородов и процессами сульфат-редукции, приводили к более низким значениям б"С ("полегчание" известняков). На основании этого извеотняки железорудных месторождений выделены в группу эпигенетических карбонатов; 2. По данным изотопных определений 6" С1^ и § о18 кальцитов, отобранных из разных типов руд, установлено, что характер окислительно-восстановительной обстановки резко менялся - от окислительной (в начале и почти на всем протяжении рудообразования) до вооотано-вительной (на заключительной стадии); 3. Для аномальных кальцитов

Капаевского и Нерювдинского месторождений источником легкого углерода являлись газообразные углеводороды (метан). Находки подобных кальцитов могут служить индикатором наличия УВ и путей их миграции (в настоящем или прошлом) в тех районах, нефтепроявления которых вскрыты трубками взрыва; 4. Изотопы углерода осадочного чехла Сибирской платформы наследовались метасоматитами и кальцитом. Близкие изотопные значения карбонатов разного генезиса в пределах каждого месторождения и по всем месторождениям Сибирской платформы свидетельствуют об едином, мощном и долговременном источнике углерода, неограниченным "вместилищем которого являлись карбонатные породы чехла платформы.

Исследования по изотопным соотношениям кислорода магнетитов И8 месторождений и пород Сибирской платформы сводятся к следующему: I. Все магнегиты региона имеют существенные расхождения по изотопному составу, что предопределялось условиями их образования; 2. Магнегиты метаморфических пород фундамента возникали в условиях незначительного фракционирования изотопов кислорода. 3. Магнетиты железорудных и алмазоносных трубок формировались в условиях высокого фракционирования кислорода, но это разделение изотопов кислорода шло разнонаправленно. В железорудных трубках магнегиты обогащались тяжелым кислородом, а в алмазоносных - обеднялись им в условиях углекислого обмена, когда углекислота существенно обеднена тяжелым изотопом кислорода; 4. Высокие значения 5 О1® магнетитов месюровдений железорудных трубок взрыва возникали в условиях ме-тасоматического замещения и кристаллизации из гидротермальных растворов, существенно обогащенных тяжелым изотопом кислорода, входящего в углекислоту и гвдрокарбонат-ион. Последние наследовали тяжелый изотоп кислорода от известняков и рассолов; 5. Некоторая часть тяжелых изотопов кислорода магнетитов железорудных месторождений приходится на кремнисто-кальциевую разновидность магнетита и его шпинелевую часть; 6. Сравнительный анализ изотопных данных по маг-нетитам железорудных месторождений дал возможность в общих чертах судить о величине эрозионного среза месторождений и их структурных разновидностях.

Изотопно - стронциевые исследования рассолов, пород и РУД месторождений Ангаро-Тунгусской цровинции позволили установить следую-

щие закономерности: I. Накопление кальция и отровция в рассолах Сибирской платформы происходило в условиях реакций родоначально-го рассола хлоридно-натрий-магниевого состава с силикатными системами и доломитизации; 2. Обогащение стронцием рассолов происходило за счет калийных солей; 3. Высокие содержания радиогенного изотопа стронция 87 в рассолах и его повышенные содержания в ме-тасоматитах и гидротермалитах - звенья одной генетической цепи.

Изучение флюидных включений' в минералах. Итоги проведенных нами исследований (Пухна-ревич, Наумов, Банникова, 1984, 1985, 1988) сводятся к следующему:

1. Тождество изотопных характеристик кислорода и водорода вода включений в минералах железорудных месторождений с глубинными хло-ридными рассолами Ангаро-Ленского артезианского баосейна позволяет считать рассолы источником флюидов, сформировавших месторождения;

2. Некоторое обгащение атомов кислорода и водорода воды рудоносного флюида легкими изотопами во время отложений низкотемпературных ассоциаций, особенно во фронтальных частях месторождений, было обусловлено вовлечением в гидротермальную систему изотопно-легких вод верхних горизонтов разреза. Восстановление сульфатной ое-ры битуминозными веществами, часто встречавдееся среди минеральных ассоциаций месторождений, приводило к появлению сульфидов во время отложений низкотемпературных ассоциаций; 3. Изотопные характеристики углерода углекислоты отражают окислительно-восстановительную обстановку рудообразования. Высокие ее значения соответствуют гидротермальным растворам, отлагавшим высокотемпературную магне-титсодержащую ассоциацию (окислительная обстановка), а низкие -флюидам, формирующим низкотемпературную минеральную ассоциацию (восстановительная обстановка); 4. Исследование флюидных включений позволило установить термобарические характеристики рудонооно-го флюида (для разных минеральных ассоциаций они варьировали:

Т - от 420 до 50 °С; Р - от 1400 до 70 бар), его коЙЦвЭТрадт(ог 370 до 870 г/л), минеральный состав (преимущественно хлорвдно-натриевый, с значительной примесью хлоридов кальция, калия и железа). При криометрических исследованиях во включениях, в этих фрагментах рудных флюидов обнаружен анизотропный кристалл хлорида железа, что свидетельствует о сравнительно высокой концентрации железа в рудообразующих хлоридных растворах.

Глава 5. ГЕНЕЗИС МЕСТОРСЩЕНИЙ АНГАРО-ТУНГУССКОЙ

ПРОВИНЦИИ И ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ ИХ ПОИСКА

Решение проблемы генезиса месторождений железа нами осуществлялось на основании всестороннего исследования вещества, структуры месторождений, оценки процессов рудогенеза с количественной и качественной стороны с построением на их базе частных геолого-генетических моделей. Обобщение последних сводилось к конструировании интегральной геолого-генетической модели - единого образа рудообразующей системы, эволюционировавшей в соответствии с ве-щеотведао-энергетическим потенциалом в пространственно-временных ограничениях. Исследования проводились с применением метода руд-ноформационного анализа, разработанного В.А.Кузнецовым и последователями его школы.

Результаты исследований при построении частных моделей генезиса месторождений железа. I. Исследование последовательности формирования структур железорудных месторождений позволило представить их развитие во времени, выявить и проиллюстрировать способность тех или иных трубчатых структур, их элементов к рудоло-кализации. Установлено, что формирование структур месторождений и ее главного элемента - трубки взрыва осуществлялось в три стадии (с соответствующим подразделением на этапы): I) седиментаци-онно-дислокационную (по двум одноименным стадиям); 2) инъективную (стадии - интрузивная и эксплозивная); 3) компенсационную (стадии - скарноворудная и усадки структур месторождений). Формирование рудных тел, типов руд увязывается с двухфазовым оруденени-ем: первая г высоко-, реже - среднетемпературная (формируются руды в основном метасомагическим путем, тела субвертикальной формы и субгоризонтальные залежи), вторая - среднетемпературная (образуются рудные, главным образом, жильные тела, подсшшовые залежи). На месторождениях северной части провинции, сохранившихся от эрозии, выделена третья фаза локализации железа, проявляющаяся переотложением железа рудных тел в прифронтальных частях месторождений в форме обломочных магнетит-гематитовых руд. 2. На основании многочисленых геолого-геофазических данных, исследования руд и пород месторождений провинции на всех уровнях, вплоть до изотопного, установлено, что основным источником железа (на 98-.

99 %) месторождений являлись породы традповой формации (силлы долерита поставляли 83-84 % железа, брекчии траппов - 15 %). Лишь 1-2 % железа было почерпнуто из хлорндных рассолов и локализовано в рудах месторождений. 3. Исследования кардинального вопроса генезиса месторождений - источника воды (флюида), определении ее объема, достаточного для их формирования свидетельствуют следующее:1.0сновным источником рудообразующих флюидов, офср-мировавших месторождения, были хлоридно-кальциевые рассолы вонд-нижнекембрийских отложений чехла Сибирской платформы, в незначительной степени - хлоридно-натриевые рассолы; 2. К общему объему мобилизованных траппами рассолов, занятых в тотальном процессе скарнообразования, сами траппы добавили незначительное количество флюида (от 3 до 6 %); 3. Для формирования крупного месторозде-ния железа, типа Корщуновского, в зависимости от количества растворенного железа в растворах-рассолах, потребовалось от 16 до 30 км3 хлоридных рассолов, около 1-2 км3 из этого объема приходится на гидротермы, генерируемые непосредственно траппами; 4. Источник энергии, формирующий структуры и месторождения, был смешанным - экзогенно-эндогенным. Рудообразупцие системы, формирующие месторождения, функционируют, главным образом, благодаря тепловой энергии грапповых силлов и в меньшей степени - за счет энергии, выделяемой при экзотермических реакциях, дополняемой

энергией пластового давления. Увеличивают энерговооруженность рудообразующих систем и экзотермические реакции, протекающие при метасоматических преобразованиях минералов высоко- и средне-температурных стадий в низкотемпературные. В суше все эти виды энергии создают энергетическую базу для действия термобарохими-ческого реактора, обеспечивавшего формирование структур месторождений, санкционирование и саморегулирование рудообразующих систем (РС); 5. Действие РС сведено к трем результирущим факторам процесса рудогенеза: I) извлечению (экстракции), 2) переносу (миграции) и З) отложению (концентрированию) рудного вещества, условиям, определившим их прохождение. Согласно этому деятельность РС отражена тремя частными взаимосвязанными моделями: I) моделью экстракции рудного вещества, 2) моделью его перенооа и 3) моделью концентрирования рудных компонентов. Их взаимосвязь обусловливается единым для всех моделей постоянным взаимодействием пары: порода (трапп)-раствор (рассол).

Согласно нашей модели экстракция рудного вещества происходит благодаря высокой реагентноспособности раствора-рассола, обладающего свойствами электролита, и растворяемого вещества (железосодержащих минералов траппа - пироксенов, оливина, магнетита). Из последнего, главным образом, в виде комплексных соединений, реже - простых нгоридных соединений в ионной форме в раствор поступало железо, некоторая часть магния, щелочи, алюминия и другие элементы в небольших количествах (микроэлементы). Общее количество железа, поступившего в раствор, достигало несколько десятков -от 7 до 93 г/л.

Перенос рудного вещества в пределах РС железорудных месторождений осуществлялся за счет тепловой энергии трапповых силлов, поддерживался и усиливался благодаря пластовому давлению рассолов и энергией, выделяемой при экзотермических реакциях. Высокая проницаемость, открытость РС в форме трубок взрыва обеспечивали перемещение рудного вещества в пределах всей гидротермальной системы - от корневых до прифронтальных областей. Основным агентом, участвующим в переносе рудного вещества, являлись хлоридно-калыщевые,

менее - хлоридно-натриевые рассолы, незначительно (3-6 %) - гидротермальные растворы долеритовых силлов. Миграция рудного вещества начиналась в слоях пленочной воды капилляров и далее осуществлялась потоками флюидов в форме принудительной конвективной циркуляции. Перенос железа, магния происходил в восстановительной среде, создаваемой метаном, окисью углерода, аммиаком и водородом.

Концентрирование железа из растворов-рассолов происходило на комплексном (термобарическом и щелочном) геохимическом барьере в зонах высокопроницаемых, брекчированных пород с существенной частью карбонатного, особенно - траппового материала, преобразованного в метасоматигы. Магнетиты месторождений возникали при условии мета-соматического замещения и кристаллизации из хлоридных расгворов--расоолов. Кислород для образования магнетитов поступал из воды растворов, углекислоты и гидрокарбонат-иона. Определены термобарические условия рудообразования, концентрация железа и других элементов в растворах. Наряду с железом на комплексном барьере отлагались: магний, изоморфно замещавший в магнетите двухвалентное железо, и бор. Отложение сульфидов свинца, цинка, меди, железа и сульфатов стронция и бария в гипсоносных отложениях, венчающих трубки взрыва ряда месторождений северной части Ангаро-Тунгусской

провинции, происходило при действии щелочного и сероводородного геохимических барьеров.

Интегральная модель формирования месторождений железа. I. Подготовительный этап формирования месторождений. Он слагается из двух стадий: I. Седиментационная стадия. Она характеризуется накоплением пород в- период раннего палеозоя на кристаллическом, жестком, слабо мобильном фундаменте платформы. Осадочные породы консервировали рассольные воды, органику, которые позднее в процессе диагенеза и катагенеза преобразовывались в рассолы с существенной концентрацией солей, углеводороды и другие газы. Одновременно при взаимодействии осадочных пород (частично - с кристаллическими породами фундамента) с рассолами в последних накапливались бром, стронций, барий, литий, цезий, свинец, цинк, медь, железо. Восстановительная геохимическая обстановка, высокая кислотность газонасыщенных рассолов, природного флюида - основного исходного компонента при формировании рудного флюида в период траппового шгматизма обеспечивали в течение длительного периода нахождение данных элементов в растворенном состоянии. Сложная миграция приводила к локализации этих рассолов в породах-коллекторах карбонагно-терригенного состава.

2. Дислокационная стадия проявилась в последующем накоплении осадочной толщи и деформациях осадочных пород чехла при блоковых подвижках фундамента платформы, особенно усилившихся к концу пермского периода. Пликативные дислокации выразились образованием узких, протяженных антиклцнальных, реже -брахиантиклинальных складок, флексур, отнесенных нами к структурам Ш порядка. Эти структуры были подвержены и дизъюнктивным нарушениям, трассирующим осадочную толщу чехла платформы со смещением их по латерали по отношению к разломам, достигающим кровли пород подсолевой толщи. Метамор^шрассолов выразился в повышении их концентрации, изменении солевого состава, особенно в подсолевой толще. Менялся и газовый состав рассолов за счет поступления части газов со стороны мантии (водород, аргон, азот, гелий, окись углерода) и катагенетических преобразований органики, заключенной в рассолах (газообразные УВ, преимущественно метан, азот, водород, двуокись углерода, сероводород).

П. Этап формирования месторож-

д в н и й слагается из четырех стадий: I.. Интрузивная стадия. В пермо-триасовую эпоху тектоно-магмати-ческой активации Сибирской платформы в осадочную толщу чехла и на ее поверхность поступило огромное количество магматического материала в форме интрузивных тел (главным образом, силлов) и эффузивных пород, продуцированных вулканами. Внедрение силлов в нижние горизонты вевд-кембрийских карбонатно-терригенных отложений усиливало их дислокацию. В зоне антиклинальных структур мощность силла увеличивалась и его поверхность усложнялась вало- и лакколитообразными утолщениями. Вокруг Усольского и других силлов, расположенных в подсолевой толще пород чехла, с которыми связывают образование месторождений железа,возникает асимметричное тепловое поле. На первых этапах теплового воздействия силла на тер-ригенно-карбонатные породы, насыщенные рассолами и газами, происходило образование газо-паровой смеси и накопление ее в сводовой части антиклинали.

2. Эксплозивная стадия. Высокое давление газо-паровой смеси в несколько (3-4) килобар достигало критического уровня, превысившего прочность пород ослабленной дислокациями антиклинали. Произошел взрыв, сопровождавшийся прорывом га-зо-паровой смеси к поверхности, который раздробил осадочные породы. Незначительная часть возникшей эксплозивной брекчии была выброшена на поверхность. По пробитому каналу - трубке взрыва устремилась трапповая магма, заполнившая ее центральную часть в форме некка. Взрывы, вызываемые ими мощные гидродинамические удары, передаваемые заполняемым трубки флюидом, рой землетрясений оказывали разрушающее действие на породы, способствовали развитию систем трещин и нарушений вокруг главной трубки взрыва и в ней самой. К концу эксплозивной стадии тепловой энергией траппового силла мобилизуются флюиды с преобладанием жидкой фазы, формируются и начинает действовать гидротермальная рудообразующая система.

3. Скарново - рудная стадия непосредственно следует за эксплозивной стадией. Прогрев пород-коллекторов, насыщенных рассолами и газами, достигает максимума и составляет 400 м со стороны кровли силла и 100 м со стороны его подошвы. Температура пород и насыщающего их флюида достигала 600 °С вблизи остывающего силла, уменьшаясь к периферии аномального поля до 200 °С. Раскристаллизованная интрузия силла была подвержена

интенсивной трещиноватости, в некоторых участках - брекчированию, обусловивших высокую проницаемость ее для флюидов. Мобилизованные флюиды - рассолы, в основном хлоридно-кальциевого состава, с высокой минерализацией солей (от 400 до 600 г/л) и насыщенные метаном, углекислым газом, окисью углерода, аммиаком (от 500 до 2000 см3), выщелачивали из железосодержащих минералов долеритово-го силла (пироксенов, оливина и магнетита) железо, переводя его в раствор в виде простых хлоридов и сложных злорадных комплексов. Непосредственное реагирование траппов с рассолами-растворами осуществлялось за счет пленочной воды на границе раздела кристалл-раствор.

Процессы экстракции железа из железосодержащих минералов (пироксена, оливина, магнетита) долеритов, слагающих интрузии силлов (корневая область РС), и из кластов брекчий траппов (стволовая область РС) были во многом схожи, но различались по объему генерируемого железа.

Перенос рудного вещества в пределах РС железорудных месторождений осуществлялся за счет тепловой энергии трапповых силлов, поддерживался и усиливался благодаря пластовому давлению рассолов и энергии, выделяемой цри экзотермических реакциях. Высокая проницаемость, открытость РС в форме трубок взрыва обеспечивали перемещение рудного вещества в пределах всей гидротермальной системы - от корневых до прифронтальных областей. Основным агентом, участвующим в переносе рудного вещества, являлись хлоридно-каль-циевые рассолы подсолевой толщи, частично - вовлекаемые позже рассолы солевой и надсолевой толщ. Незначительное количество по объему (3-6 %) составляли ювенильные гидротермальные растворы до-леритовых силлов. Миграция рудного вещества начиналась в слоях пленочной воды капилляров и далее осуществлялась потоками флюидов в форме принудительной конвективной циркуляции.

Концентрирование рудного вещества происходило в два этапа: первый этап (Пухнаревич, 1986) связывается нами с прохождением ранней щелочной стадии, второй - поздне-щелочной. Для исследуемых железорудных месторовдений концентрирование железа происходило на комплексном - термодинамическом и щелочном, редко - восстановительном барьерах. Процессы железооруденения в общем раду мета-соматических преобразований на месторождениях проявлялись дважды. В первую фазу (высоко-, среднегемпературную) оруденения происходит

образование метасоматических руд путем замещения пироксеновых и гранатовых скарнов. Формируются субвертикальные рудные тела, появляются субгоризонтальные залежи. Вторая фаза железооруденения на мес торовдениях значительно превосходит первую по продолжительности действия и объему рудных масс. Увеличиваются в объеме возникшие ранее рудные тела в стволовой области, формируются новые жильные тела радиальной ориентировки в прифронгальной области, подсилловые залежи; оруденению подвергаются мелкие щ>убки взрыва, брекчиевые зоны. Среди руд превалирует магнетит гидротермального происхождения.

Рудообразующие системы, сформировавшие железорудные месторождения Ангаро-Тунгусской провинции, следует считать саморегулируе-ыыми системами, то есть,раз возникнув в силу стечения ряда благоприятных геологических факторов, они продолжали функционировать, обеспечиваясь теш объемами энергоресурсов, агентов тепломассопе-реноса, которые позволяют им извлекать, перемещать и локализовать рудные и петрогенные компоненты в количествах, пригодных для практики.

4. Компенсационная стадия. Расходование больших объемов рассольных вод, газов, уменьшение объема интрузивного тела (силла) при остывании и выщелачивании из него ряда компонентов приводили к усадке скарново-рудных тел месторождения в цределах трубки взрыва, просадке блоков осадочных пород вмфуг нее. Возникали компенсационный прогиб осадочных пород вокруг трубки взрыва, разбитых разломками, и конседиментационные складки в форме чаши, венчающие месторождение. Амплитуда усадки, компенсации достигала 600-700 м. С подтоком хлоридно-кальциевых рассолов подсолевой толщи со смежных рудным полям месторождений площадей и разогревом их до 200-250 °С за счет экзотермических химических, биохимических реакций, РС вновь начинают функционировать. Слабая энерговооруженности РС в виду маломощных источников энергии ограничивает объемы рассолов, обеспечивающих тепломассоперенос в рудо образу шцих системах, время их действия. Мигрируя по вертикали до сульфатных пород чаши месторождений,либо сульфатных вод, разогретые хлоридно-кальциевые кислые рассолы-растворы, встречая подобный геохимический барьер (щелочной, либо сероводородный), осаждали на нем стронций, барий в виде сульфатов и свинец, цинк, медь и железо в ввде сульфидов. При отсутствии подобного барьера эти

элементы не локализовались в прифр он талышх областях РС и, поступая по трубке на поверхность земли, рассеивались.

Ш. Этап существования месторождений. I. Стадия поздней компенсации наступает с прекращением повторного действия РС. Происходит дальнейшая, менее значительная усадка месторождений, подток рассолов (до 200-400 м от поверхности) сильно засоляет руды, что сказывается на технологии их извлечения и переработки.

2. Эрозионная огадия. Степень и направленность мобильности блоков фундамента от юры до квартера являлись основными причинами разрушения, эрозии железорудных месторождений, либо их сохранности. В районах, где преобладали перемещения блоков фундамента отрицательного знака, месторождения менее всего пострадали от эрозии и в некоторых случаях даже были предохранены от ее действия плащом отложений юрского и более позднего возраста (месторождения северной части железорудной провинции). В районах, где воздымание блоков фундамента было наиболее значительным, железорудные месторождения более всего подверглись эрозии (месторождения Средней Ангары, Непско-Гаженского района). Коршуновское и другие месторождения Ангаро-Илимского района имеют среднюю степень эроди-рованности. Процессы эрозии срезали многие трубки взрыва по вертикали на 200-500 м, иногда и на 700-800 и, запасы таких месторождений резко уменьшились. .

Исследования генезиса, моделирования, классифицирования и прогнозирования эндогенных рудных месторождений (рудных формаций) в работе обобщены и даны в форме двух таблиц: общей - для всех эндогенных рудных месторождений и частной - конкретно для эндогенных месторождений железа Ангаро-Тунгусской провинции.

Научная и прикладная значимость интегральной модели Формирования железо-рудных месторождений. Данная модель, построенная на основании частных моделей, учитывающих вещественно-энергетичеокие характеристики в определенных пространственно-временных ограничениях геосистем, какими являются месторождения, создает единый образ их возникновения в движении, динамике. Модель построена с учетом четырех атрибутов геологической материи: вещества, энергии, пространства и времени, взаимодействующих в определенной выбранной системе (геосистеме - месторождении). Модель дает возможность для суждения о количестве, фазовом состоянии вещества месторожде-

ний и вмещающей его среды, перемещениях и локализации его в пространстве (структуре), виде и количестве (приближенно) энергии и времени их проявления.

Прикладная значимость обобщенной модели формирования месторождений состоит в том, что приложение ее к любому отдельно взятому месторождению Ангаро-Тунгусской провинции дает возможность оценить его с разных позиций, имеющих практическую направленность. Они сводятся к следующему: I. Определению величины эрозионного среза месторождений; 2. Установлению размерностей и типов геохимических барьеров; 3. Возможности определения и указания (с поверхности и на глубину) проявления того или иного типа минерализации, ее интенсивности; 4. Определению формы структуры месторождения, типов рудных залежей; 5. Выявлению типа и состава руд; 6. Предварительной перспективной оценке объемов, качества руд, не подверженных деструкциям и рассеянию денудацией.

В работе даны практические рекомендации на региональном и локальном уровнях по поиску месторождений (отдельно - по выявлению крупных по запасам), обнаружению скрытых рудных тел.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Предпосылками для железооруденения всей провинции и каждого месторождения в отдельности являлись наличие и действие следующих факторов: I) достаточное количество рудного вещества, 2) энергии, 3) флюида, 4) соответствующих структур и условий для локализации руд в объемах, пригодных для практики. Следование основным положениям парадигмы участия хлоридннх рассолов в рудном процессе при взаимодействии их с траппами неизбежно приводит к осознанию, подтвержденному практикой, того, что отсутствие одного из компонентов взаимодействующей пары: трапп-рассол вообще исключает образование месторождений железа. Недостаточное же количество того или другого компонента этой пары порознь или вместе, либо затруднительные условия их реагирования в лучшем случае реализуются несущественными рудопроявлениями.

Рудообразующие системы, сформировавшие месторождения, следует отнести к саморегулируемым, отчасти - саморазвивающимся системам, действия которых главным образом определялись факторами эвдогенной, менее - экзогенной природы.

Исследуемые наш месторождения по способам формирования структур, условиям трансформирования слагающего их вещества, масштабности проявления железооруденения обладают определенным своеобразием, особенностями, присущими только им. В то же время месторождениям железа Ангаро-Тунгусской провинции по генезису близки Анзасское (Алтае-Саянская область), Дашкесанское (Малый Кавказ), Мейшанское и Мейсинское (Восточный Китай) железорудные месторождения. Как в исследуемых наш, так и на этих месторождениях обнаруживаются те же слагаемые рудообразуицих систем: интрузивные тела (генераторы энергии и рудного вещества), рассолы (основные агенты тепло- и массопереноса) и пространство для их взаимодействия в форме трубчатых тел, заполненных брекчиевым субстратом. Универсальность взаимодействия пары порода-вода, как и для месторождений Ангаро-Тунгусской провинции, проявилась и здесь и разрешилась (при наличии соответствующих благоприятных факторов) образованием магнетитовых и гематитовых руд.

Итак, пример исследования столь сложного деяния Природы, каким являются месторождения железа Ангаро-Тунгусской провинции, убеждает нас в том, что процессы эволюции земной коры Сибирской платформы (в данном случае - ее верхнего осадочного слоя) имели направленность," механизм которой во многом определялся и регулировался взаимодействием системы порода(трапп)-вода(рассол). Действия этой системы по трансформированию, дифференцированию, перемещению и локализации вещества в пространстве всего верхнего, осадочного слоя земной коры и, повидимому, существенной части литосферы были всеобъешгаци. Продуцированноеть взаимодействующей системы порода-вода возрастала во времени и пространстве.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЖЕ ДИССЕРТАЦИИ:

1. Пухнаревич М.М. Условия и особенности формирования эндогенных месторождений железа юга Сибирской платформы. Иркутск, ШУ,

1986. - 336 с.

2. Пухнаревич М.М. Исследование вещественного состава руд и пород железорудных месторождений Ангарской провинции. - М.: ВИНИТИ, 1982. - 190 с.

3. Пухнаревич М.М. Эволюция послемагматического процесса, обусловленного деятельностью трапповой магмы. - Материалы конф., поев. 50-летию Сов.власти. Улан-Удэ, 1967, с. 104-107.

4. Пухнаревич М.М. Смирнов С.С. - инициатор создания железорудной базы Восточной Сибири. - В кн.: Смирновские чтения, $ 3. Чита, 1967, с. 3-7.

5. Пухнаревич М.М.. О борной акцессорной минерализации на некоторых месторовдениях Ангаро-Илима. - Тр-/Молодеж.конф. Иркутск, 1968, с. 43-45.

6. Пухнаревич М.М. Роль и участие концентрированных рассолов в процессах скарнорудообразования. - В кн.: Вопросы геологии Прибайкалья и Забайкалья. Чита, 1968, вып.3(5), с. 139-141.

7. Пухнаревич М.М. Участие концентрированных рассолов в образовании гидротермальных растворов (на примере железорудных месторождений Ангаро-Илима). - Материалы 3 совещ. по гидрогеологии. Тшекь, 1967, с. 91-93.

8. Пухнаревич М.М. Режим кислотности-щелочности гидротермальных растворов трапповой магмы. - М., 1968, с. 103-104.

9. Пухнаревич М.М. Особенности рущнооности метасоматитов железорудных месторождений Ангаро-Илима. - В кн.: Критерии рудо-носности метасоматитов. Алма-Ата, 1969, с. 66-67.

10. Пухнаревич М.М. К вопросу участия концентрированных рассолов в образовании гидротермальных растворов. - В кн.: Подземные воды Сибири и Дальнего Востока. - М.: Наука, 1971, с. 87-89.

11. Пухнаревич М.М. Амфиболы метасоматитов железорудных месторождений Ангаро-Илимского района. - В кн.: Вопросы минералогии и геохимии месторождений Восточной Сибири. - Иркутск, ГеоХим

СО АН СССР, 1973, с. 84-88.

12. Пухнаревич М.М., Ключанский Л.М. Метасоматические преобразования интрузивных траппов на железорудных месторождениях юга Сибирской платформы. - Тез. 2 Регион.петрограф.совещ. Иркутск, 1974 с. 95—96.

13."Пухнаревич М.М. Формирование и оруденение туфогенных пород на железорудных месторождениях Ангаро-Илимского района. -

В кн.: Вулканогенно-осадочный литогенез. - Тез. 4 Всесоюз.семинара. Южно-Сахалинск, 1974, с. 183-184.

14. Пухнаревич М.М. Роль траппового магматизма в формировании вулкано-тектонических структур и прохождении метасоматических процессов на железорудных месторождениях юга Сибирской платформы. -

В кн.: Магматизм и метаморфизм зоны БАМ и их роль в формировании полезных ископаемых. Улан-Удэ, 1979, с. 29-31.

15. Пухнаревич М.М. Особенности формирования вулкано-тек-тонических структур (ВТС) железорудных месторождений Коршуновской группы (юг Сибирской платформы) и процессов рудообразования. -Чтения им.М.М.Одинцова, Иркутск, 1981, с. 85-87.

16. Пухнаревич М.М. Процессы гидротермального метаморфизма

. и рудообразования на железорудных месторождениях Ангаро-Вилюйской провинции. - Тез. Всесоюз.совещ. по метаморфизму и рудообразова-нию. Винница-Киев, 1982, с. 86-89.

17. Пухнаревич М.М. К вопросу определения верхней возрастной границы железорудных месторождений Ангарской провинции. - В кн.: Геология и полезные ископаемые Восточной Сибири. Иркутск, 1983,

с. 11-12.

18. Пухнаревич М.М. Изотопные исследования железорудных месторождении Ангарской провинции. - В кн.: Трапловый магматизм Сибирской платформы в связи с тектоникой и поисками полезных ископаемых. Красноярск, 1983, с. 116-117.

19. Пухнаревич М.М. Особенности формирования структуры Коршу-новского железорудного месторождения и процессов рудообразования. В кн.:.Геология, поиски и разведка месторождений рудных полезных ископаемых. Иркутск, 1983, с. 85-94.

20. Пухнаревич М.М. Исследование руд и пород эндогенных мес-

торождений железа юга Сибирской платформы по изотопным соотношениям серы. - В кн.: Геология, поиски и разведка месторождений рудных полезных ископаемых. Иркутск, 1984, с. II0-I22.

21. Пухнаревич М.М. Условия формирования и источники рудного вещества эндогенных месторождении железа юга Сибирской платформы. - В кн.: Петрология, рудоносность и корреляция магматических образований, флюидный режим эндогенных процессов. Иркутск, 1985, с. 149-150.

22. Пухнаревич М.М. Изотопные исследования кислорода магне-титов Сибирской платформы. - В сб.: Геология, поиски и разведка месторождений рудных полезных ископаемых. Иркутск: ИЛИ, 1985,

с. 15-25. ,

23. Пухнаревич М.М. Изотопные исследования карбонатных пород железорудных месторождений юга Сибирской платформы. - В сб.: Геология, поиски иразведка месторождений рудных полезных ископаемых. Иркутск: ИЛИ, 1987, с. 85-96.

24. Пухнаревич М.М. Модель формирования структур и месторождений Ангаро-Тунгусской железорудной провинции. - В сб.: Геология и полезные ископаемые Восточной Сибири. Иркутск: ИГУ,1988, с.7-8.

25. Пухнаревич М.М., Феоктистов Г.Д. Траппы некоторых месторождений Ангаро-Илима и их гидротермально метасоматические изменения. - Изв. Забайк. географ, о-ва. Чита, 1967, т.З, вып.4, с. 18-33.

26. Пухнаревич М.М., Щербина О.И. Исследование нарушений сплошности пород в вулкано-тектонической структуре Коршуновского месторождения. - В кн.: Геология и полезные ископаемые Восточной Сибири. Иркутск, 1982, с. 53-55.

27. Пухнаревич М.М., Бердникова Г.И., Буйлин H.H. Исследования степеней брекчированности пород Коршуновского железорудного месторождения в связи с процессами скарнообразования. - В кн.: Геология и полезные ископаемые Восточной Сибири. Иркутск, 1982,

с. 45-47.

28. Пухнаревич М.М., Гриненко 1.Н., Кавиладзе М.Ш. Изотопный состав серы эндогенных месторождений железа юга Сибирской плапЬормы. - В кн.: 10 Всесоюз.симпоз. по стабильным изотопам в геохимии. М., 1984, с. 200-201.

29. Пухнаревич М.М., Наумов В.Б., Банникова Л.А., Девирц А.Л. Шариф-Заде В.Б. Генезис минералообразушцих флюидов Коршуновского железорудного месторождения. - Геология рудных месторождений, 1985 Jf 6 с. 51-59.

'ЗО. Пухнаревич М.М., Наумов В.Б., Банникова Л.А. Условия и особенности формирования Коршуновского железорудного месторождения (юг Сибирской платформы). - В кн.: Рудообразование и генетические модели эндогенных рудных формаций. Новосибирск: Наука, 1988, с. 32-41.

31. Борщевский Ю.А., Пухнаревич М.М. Изотопные соотношения кислорода магнетитов и особенности железорудных месторождений Ан-гаро-Илимского типа (Сибирская платформа). IX Всесоюз.симпозиум по стабильным изотопам в геохимии. М., 1982, т.2, с. 432-434.

32. Воронцов А.Е., Пухнаревич М.М. Гидротермальные полевые шпаты из Коршуновского железорудного месторождения (Сибирская платформа^ - ДАН СССР, т.241, № 5, 1978, с. II7I-II74.

33. Fuldmarevich Й.М., Натают V.B., Baimibova Ь.А., Devdrts A.L,, Sharif-Zade V.B. The genesys of mineral formative fluids of the Korshunovslcoe iron deposit.- Intern. Geology Review, 1985, v. 12, p. 1433-1443.