CC BY
40
УДК 552.4:552.2:553.411'495 (571.56)
А.В.ТЕРЕХОВ, научный сотрудник, [email protected]
A.В.МОЛЧАНОВ, д-р геол. -минерал. наук, заведующий отделом, anatoly_molchanov@vsegei. com
B.В.ШАТОВ, канд. геол.-минерал. наук, зам. генерального директора, [email protected] Всероссийский научно-исследовательский геологический институт им. А.П.Карпинского (ВСЕГЕИ), Санкт-Петербург
Е.В.ТОЛМАЧЕВА, кандидат геол.-минерал. наук, старший научный сотрудник, helena. tolmacheva@yandex. ru
Институт геологии и геохронологии докембрия Российской академии наук (ИГГД РАН), Москва A.V.TEREKHOV, research assistant, [email protected]
A.V.MOLCHANOV, Dr. in geol. & min. sc., head of department, [email protected] V.V.SHATOV, PhD in geol. & min. sc., deputy director general, [email protected] A.P.Karpinsky Russian Geological Research Institute (VSEGEI), Saint Peterburg E.V.TOLMACHEVA, PhD in geol. & min. sc., senior reseach assistant, [email protected] The Institute of Precambrian Geology and Geochronology Russian Academy of Sciences (IPGG RAS), Moscow
ФЛЮИДНЫЙ РЕЖИМ ФОРМИРОВАНИЯ РУДОНОСНЫХ МЕТАСОМАТИТОВ ЭЛЬКОНСКОГО ЗОЛОТО-УРАНОВОРУДНОГО УЗЛА
Представлены результаты термобарогеохимических исследований газово-жидких включений в кварце двух типов рудоносных метасоматитов Эльконского золото-урановорудного узла. Показана эволюция флюида в процессе образования щелочных ру-довмещающих метасоматитов, а также факторы рудоотложения.
Ключевые слова: флюидный режим, рудоносные метасоматиты, газово-жидкие включения, Эльконский рудный узел, Южная Якутия
FLUID CHARACTERISTIC OF FORMATION ORE-BEARING ALTERATION ROCKS OF ELKON GOLD-URANIUM ORE CLUSTER
The results of thermobarogeochemical studies secondary gas-liquid occlusion in quartz of two types ore-bearing alteration rocks of Elkon gold-uranium ore cluster. The evolution of the fluid in the formation of ore-bearing alkali alteration rocks, and the factor of ore deposition.
Key words: fluid characteristic, ore-bearing alteration rocks, gas-liquid occlusion, Elcon ore cluster, South Yakutiya
Эльконский золото-урановорудный узел расположен на северном фланге Алданского щита Сибирской платформы и входит в состав Центрально-Алданского горнопромышленного района Республики Саха (Якутия). По запасам урана данный узел является крупнейшим в России. В его рудоносных структурах - региональных зонах разрывных нарушений: Южная, Север-
ная, Агдинская, Федоровская и др. - сосредоточено более 300 тыс.т достоверных запасов урана и около 600 тыс.т ресурсов данного металла. Запасы золота только по зоне «Южная», по оценкам разных авторов, варьируют от 140 до 190 т [1, 6].
В геологическом строении узла принимают участие метаморфизованные в гра-нулитовой фации гнейсы и кристаллические
сланцы архей-раннепротерозойского возраста, интрузии гранитоидов раннепротерозой-ского возраста, мезозойских щелочных и субщелочных пород, сформированных на этапе мезозойской тектоно-магматической активизации, а также терригенно-карбо-натные и терригенные отложения венд-кембрийского и юрского возраста.
Одной из характерных черт геологического строения Эльконского золото-урановорудного узла является широкое развитие в его пределах региональных разрывных нарушений северо-западного простирания, глубокого заложения и длительного (PR1 - Mz - геологического развития, являющихся основными рудоносными структурами региона. В их геологическом строении принимают участие производные динамометаморфизма (милониты и катакла-зиты), дайковые тела метадиоритов и субщелочных пород, а также широкий спектр гидротермально-метасоматических пород, в том числе и рудовмещающих, различного петрохимического профиля, возраста, с разными температурами формирования. Со становлением интрузивных щелочных комплексов связано формирование метасомати-ческих пород, которые накладывались и на более ранние образования.
Одной из основных задач исследования являлось определение физико-химических условий формирования щелочных рудоносных метасоматитов - гумбеитов. В пределах узла наблюдаются два типа гумбеитов - «эльконского» и «рябинового» типов. Гумбеиты «эльконского» типа (кварц-анкерит-ортоклазовые и кварц-альбит-хлоритовые с пиритом и браннеритом) являются рудовмещающими для золото-уранового оруденения и локализованы в осевых частях долгоживущих разломов. Гумбеиты «рябинового» типа (анкерит-серицит-мусковит-ортоклазовые и кварц-мусковит-анкерит-альбитовые со свободным золотом, связанным с вкрапленностью пирита, халькопиритом и блеклыми рудами) контролируют размещение золото-медного оруденения и связаны со становлением щелочных мезозойских интрузий.
Флюидный режим формирования гумбеитов «эльконского» и «рябинового» типов (36 образцов) изучался поэтапно на специально изготовленных из образцов ме-тасоматитов двусторонне полированных пластинках толщиной 0,3-0,5 мм. Кроме того, исследовались петрографические особенности рудоносных гидротермально-метасоматических образований, включая последовательность образования минералов.
Первый этап заключался в визуальном изучении включений в минералах (в кварце, калишпате, адуляре, цеолитах и флюорите) под микроскопом (при увеличениях 250-1000), определении их генетического типа (первичного или вторичного) и фазового состава, отражающего типы минералообразую-щих сред. К первичным отнесены включения, равномерно распределенные во всем объеме минерала или приуроченные к зонам его роста. Они позволяют получить информацию об условиях кристаллизации включающих их минералов. Вторичные включения расположены в залеченных трещинках, секущих минералы, и, следовательно, несут информацию о наиболее поздних стадиях метасоматических процессов. На этом этапе определялось количество генераций минералов и намечались реперные включения для определения РТ-условий разных стадий минералообразования.
На втором этапе определялись РТ-условия захвата реперных включений. Для температур - методом гомогенизации включений с использованием термокамер фирмы «Leica»: низкотемпературной (до 350 °С) и высокотемпературной (до 1350 °С). Давления захвата включений минералообразую-щих сред рассчитывались двумя методами. В основном для определения давления использовались РГ-диаграммы СО2 с изолиниями плотности СО2 [2]. Давление рассчитывалось по плотности СО2, определяемой по температуре гомогенизации газа и жидкости и температуре полной гомогенизации водных газово-жидких включений, сингене-тичных с углекислотными включениями. Дополнительно использовался метод определения давления по водно-солевым газо-во-жидким включениям, с концентрацией
Физико-химические условия формирования рудоносных гумбеитов «эльконского» и «рябинового» типов Эльконского золото-урановорудного узла
Гумбеиты Породообразующие минералы
Ранний кварц (трещиноватый) Поздний кварц (друзы и прожилки) Калиевой полевой шпат Сульфиды Адуляр, гидрогетит, карбонат, флюорит, цеолиты
«Эльконского» типа 410-300 290 - 200 245-120 175 -162 135-140
0,7 -1,2 0,5-1 0,5-0,6 0,4 - 0,5 (ад>лярЛ 0,2 - 0,3 85-110 -(цеолиты, гидрогенит), 0,1 95 — (флюорит) 0,1
«Рябинового» типа 425 - 275 292 - 220 275 - 200 185-110
0,9 - 2,5 0,8-0,9 0,3 - 0,6 0,3(< 0,6)
Примечание. В числителе - температура, °С, в знаменателе - давление, кбар.
№С1 более 25 % [3]. В зависимости от типов включений в минералах в ряде случаев определялись концентрации солей в гидротермальных растворах. Результаты исследований помещены в таблицу.
На основе полученных данных изучения вторичных включений в кварце из гумбеитов «эльконского» типа было установлено, что их формирование происходило в результате функционирования флюидной углекислотно-водно-солевой системы в постоянно изменяющихся физико-химических условиях. Судя по составу флюидных включений (рис.1), в начале процесса при Т = 400+250 °С их образование происходило в условиях кислотного флюида и сопровождалось интенсивным растворением кварца. Дальнейшее развитие процесса в температурном интервале от 250 до 150 °С привело к резкой смене условий на щелочные и, вероятно, восстановительные. Далее, по мере снижения температуры среда минералооб-разования становилась слабощелочной, вплоть до нейтральной и окислительной. Уменьшение температуры происходило на фоне снижающегося давления от 1,0-1,2 до 0,2-0,3 кбар. Рудные минералы кристаллизовались из раствора, по-видимому, в результате проявления двух разных процессов - отделения газовой фазы СО2 от углеки-слотно-водно-солевого флюида при снижении давления и преобразовании гелей кремнезема, насыщенных рудными компонента-
ми, в истинные растворы при охлаждении. Полученные выводы подтверждаются данными [5], установленными по вторичным включениям в кварцах гумбеитов месторождения Дружного (зона Южная), формирование которых происходило из калиево-натриевого-карбонатного флюида в средне-температурных условиях. Как видно из диаграммы (рис.2), гумбеиты «эльконского» типа развивались в условиях закрытой или полузакрытой гидротермальной системы. Это может свидетельствовать о преобладающей роли дегазации флюида путем отделения углекислоты (с повышением рН) и, вероятно, удаления сероводорода, что приводило к распаду золотосодержащих гидросульфидных комплексов [4].
Для гумбеитов «рябинового» типа характерно брекчирование при температуре 310-370 °С в условиях активного воздействия флюидного потока, что вызвало разную ориентировку мелких обломков, дезинтеграцию и «окатывание» зерен минералов (признаки туффизитов). Флюид высококонцентрированный, щелочной, кипящий вследствие декомпрессии (рис.3). По мере выщелачивания флюид обогащался кремнеземом с другими компонентами и становился насыщенным, а затем «разгружался» в близповерхностных условиях. Поскольку насыщение флюида рудными компонентами обычно происходит раньше, чем кремнеземом, в порах и трещинах сначала отлагаются
25 мкм
V
Рис.1. Флюидные включения в кварце гумбеитов «эльконского» типа: а, б - гетерогенный флюид, состоящий из сингенетичных включений высококонцентрированного водно-солевого флюида и включений газово-жидкой углекислоты (ув.1000); в и г - углекислотные газово-жидкие включения с кристаллическими фазами (ув.1000); д -вторичные водные, высококонцентрированные включения в кварце (ув. 1000); е - первичное высококонцентрированное углекислотно-водно-солевое включение (ув.1000)
рудные компоненты в интервале температур 220-280 °С и давлении 0,8-0,9 кбар. Наиболее поздние образования представлены безрудным кварцем, образующимся при температуре около 160 °С, и флюоритом. Для гумбеитов «рябинового» типа характерны более широкие вариации условий формирования от закрытых гидротермальных систем к открытым (см. рис.2). Исходя из этого основным минерало- и рудообразующим фактором мог служить резкий перепад давления в процессе эволюции флюида под действием высокой тектонической активности.
Комплексное изучение рудоносных гумбеитов «эльконского» и «рябинового» типов позволило наметить общие законо-
мерности их стадийного формирования в ходе единого гидротермального процесса.
Первая стадия образования начинается с мощного окварцевания (кристаллизации раннего кварца) при участии углеки-слотно-водного высококонцентрированного флюида (соли NaCl и KCl) в относительно нейтральных условиях при температурах 300-380 °С и давлении 1,5-1,0 кбар. По мере кристаллизации крупных зерен кварца растет щелочность флюида и концентрация солей может достигать 60-65 % объема включений в эквиваленте NaCl. На этой стадии СО2 часто представлена двумя фазами: жидкой и газовой. Отсутствие железа во флюиде объясняется связанностью хлора с NaCl и KCl.
б
а
в
г
е
Вторая стадия связана с резкой декомпрессией и переходом всей СО2 в газовую фазу. Этот процесс сопровождается кипением флюида и его разделением на существенно углекислотный газовый и существенно высококонцентрированный водный флюид. Соли во флюиде также представлены преимущественно NaCl и KCl. Расширение флюида при переходе всей СО2 в газовую фазу сопровождалось трещиноватостью раннего кварца и кристаллизацией второй генерации кварца в трещинах и межзерновых пространствах в температурном интервале 230-280 °С и при давлении 0,7-1,0 кбар. На этой стадии образуется пористая текстура породы.
Третья стадия - это стадия кристаллизации полевого шпата. В результате увеличения щелочности флюида при дегазации
Т, °С
Давление, кбар
Рис.2. Положение гумбеитов различных типов на диаграмме полей существования гидротермальных систем [4]
1-3 - системы: 1 - открытые, 2 - полузакрытые, 3 - закрытые; 4, 5 - гумбеиты: 4 - «эльконского» типа, 5 - «рябинового» типа
1 25 ^
Рис.3. Флюидные включения в кварце гумбеитов «рябинового» типа: а-г - флюидные включения углекислотно-водно-солевого флюида, расслоенного в результате вскипания (ув.1000); д - проникновение флюида, формирующего гумбеиты, в более ранний кварц по трещинам (ув. 500)
(и концентрации хлоридов щелочей) кристаллизуется полевой шпат (адуляр?) в виде крупных зерен. Этот процесс может быть описан формулой
(ШС1 + 0,5Н20 + 3SlO2 + 0,5АЬ0э)фл = = ША^эОв + НС1(фл).
Осаждение в твердые фазы калия и натрия в виде полевых шпатов вызывает повышение во флюиде концентрации НС1 (повышению кислотности флюида), что, в свою очередь, приводит к разложению темноцветных минералов и насыщению флюида Са, Mg, Fe. Таким образом, кристаллизация полевого шпата приводит к изменению кислотно-щелочных свойств флюида. Двуокись углерода на этой стадии представлена исключительно газовой фазой. Одновременно с кристаллизацией полевых шпатов также происходит выщелачивание кварца первой и второй генераций по межзерновым пространствам и по трещинам. Температурный интервал протекания третьей стадии исключительно широк: 150-280 °С и 0,40,7 кбар.
Четвертая стадия - это стадия отложения рудных минералов. Из флюида, насыщенного Са, Mg, Fe, в трещинах и порах при относительно более высоких температурах и резком снижении давления происходит отложение рудных минералов (преимущественно сульфидов), а при понижении температур - и карбонатов в виде наложенной более поздней карбонатизации. Температурный интервал ее протекания 120-220 °С и Р < 0,4 кбар. Флюид кислотный. Солевые фазы в нем - рудные минералы и карбонаты.
Пятая стадия проявлена в случаях, когда остаточный флюид еще содержит кремнезем и железо и из него кристаллизуется наиболее поздний низкотемпературный (Т < 150 °С) кварц (мелкозернистый, гранулированный) в порах, трещинах и межзерновых пространствах и гидроксиды железа. Флюид низкоконцентрированный, водный.
Исследования выполнены в рамках работ, проводимых совместно с ГУ ГГП РС (Я)
«Якутскгеология» и корпорацией «САМЕСО» в пределах Эльконского золото-урановоруд-ного узла в 2008-2012 годах.
ЛИТЕРАТУРА
1. Бойцов В.Е. Оценка общей рудоносности Эльконского рудного узла и Центрально-Алданского рудного района в целом / В.Е.Бойцов, Г.Н.Пилипенко // Уран: ресурсы и производство: Тезисы Второго международного симпозиума / ВИМС. М., 2008. 136 с.
2. Гончаров В.И. Гидротермальное рудообра-зование в краевых вулканогенных поясах. М.: Наука, 1983. 215 с.
3. Клевцов П.В. Определение минимального давления образования кварца на примере кристаллов с Памира / П.В.Клевцов, Г.Г.Леммлейн // Зап. Всес. минерал. о-ва. 1959. Т.88. Вып.6. С.661-666.
4. Мельников Ф.П. Термобарогеохимия / Ф.П.Мельников, В.Ю.Прокофьев, Н.Н.Шатагин. М.: Академический проект, 2008. 224 с.
5. Хитаров Д.Н. Характер рудообразующих растворов месторождения Дружное (Эльконский урано-ворудный район на Алданском щите) по данным изучения флюидных включений в кварцах / Д.Н.Хитаров, А.К.Мигута // Геология рудных месторождений. 2003. Т.45, № 5. С.474-480.
6. Шаталов В.В. Новая концепция освоения резервных месторождений Эльконкого ураново-рудного района в Республике Саха (Якутия) / В.В.Шаталов, А.В.Тарханов, А.Л.Никольский // Минеральные ресурсы России. Экономика и управление. 2006. Вып.5. С.43-49.
REFERENCES
1. Boicov V.E., Pilipenko G.N. Estimate of the total ore mineralization of Elkon ore cluster and Central Aldan ore district as a whole // Uranium: Resources and Production: Abstracts of the Second International Symposium / VIMS. Moscow, 2008. 136 p.
2. Goncharov V.I. Hydrothermal mineralization in the marginal volcanic belts. Moscow: Nauka, 1983. 215 p.
3. Klevcov P.V., Lemmlein G.G. Determination of the minimum pressure on the example of the formation of quartz crystals from the Pamirs // Proceedings of the AllUnion mineralogical Society. 1959. V.88. Iss.6. P.661-666.
4. Melnikov F.P, Prokof'ev V. U, Shatagin N.N. Thermobarogeochemistry. Moscow: Academ. Proect, 2008. 224 p.
5. KhitarovD.N., MigutaA.K. Character of Ore-Forming Solutions in the Druzhnoe Deposit (the El'kon Uranium District in the Aldan Shield) Determined from Data of Fluid Inclusions in Quartz // Geology of Ore Deposits. 2003. V.45. № 5. P.474-480.
6. Shatalov V.V., TarkhanovA.V., NikolskyA.L. A new concept of developing stand by deposits in the Elkon uranium-ore region, the Republic of Sakha (Yakutia) // Mineral Resource of Russia. Economic and Management. 2006. Iss.5. P.43-49.
