CC BY
320
ПЛАНЕТА ЗЕМЛЯ
Золотодобыча на Витватерсранде. Фото 1905 г. Фрагмент. С сайта http://www. aditnow. co. uk/photo/Ferreira-Gold-Mine-Archive-Album-Image-42320/
УДК
550.41:553.21:576.8:577.37
Маракушев А.А., Глазовская Л.И. , Панеях Н.А.***,
Маракушев С.А
■ 1Щ
АЛ. Маракушев JIM. Глазовская Н.А. Панеях С.А. Маракушев
Генезис крупнейшего в мире уран-золотого месторождения Витватерсранд (Ю. Африка)1
"Маракушев Алексей Александрович, доктор геолого-минералогических наук, главный научный сотрудник Института экспериментальной минералогии РАН, академик РАН, почётный профессор МГУ имени М.В. Ломоносова
E-mail: [email protected]
""Глазовская Людмила Ивановна, кандидат геолого-минералогических наук, Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра петрологии, старший научный сотрудник
E-mail: [email protected]
***Панеях Надежда Александровна, кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник Института экспериментальной минералогии РАН
E-mail: [email protected]
****Маракушев Сергей Алексеевич, доктор биологических наук, ведущий научный сотрудник Института проблем химической физики РАН
E-mail: [email protected]
Обосновывается новая модель формирования месторождения, генетически связанного с расслоенным магматическим очагом, развивавшимся под воздействием глубинных трансмагматических флюидов. Для
1 Работа выполнена при финансовой поддержке гранта НШ-5877.2012.5 и программы фундаментальных исследований № 28 (подпрограмма 1) Президиума РАН.
объяснения концентрации урана и золота в щелочнометальных кварцевых расплавах выдвинуто новое представление об образовании рудно кремниевых комплексов О^^Ю5] и др. В очаге генерировались углеводородные рудоносные кварцевые расплавы. Они периодически выбрасывались на протяжении 400 млн. лет в вулканогенно-осадочную депрессию Витватерсранд, формируя в ней уран-золоторудные рифы, расслоенные на кварциты и уран-золотые руды. В депрессии от ее центрального поднятия Вредефорт развивались дислокации, сформировавшие циркумсинклинальную структуру месторождения.
Ключевые слова: золотые и урановые руды, тухолит, углеводороды, магматический очаг, флюидный расплав, жидкостная несмесимость, кратоны, депрессии.
В металлогеническом развитии Земли самым грандиозным было образование уран-золото-рудного месторождения Витватерсранд (сокращенно Ранд), открытого на юге Африки в 1886 г. Из его громадных запасов золота уже более 50 тыс. т извлечено к настоящему времени. Это самое древнее золоторудное месторождение, формировавшееся на протяжении почти 400 млн. лет (его возраст 3100-2700 млн. лет), в огромной архейской депрессии кратона Каапвааль (рис. 1). С возраста 3,1 млрд. лет депрессия заполнялась осадочными породами, ритмы отложения которых разделялись продуктами вулканических извержений, представленных ассоциацией кислых пород (рио-литов) и базальтов (лавы Кроун, группа Доминион). Вверх по разрезу они сменялись горизонтами уран-золоторудных кварцитов, перемежаемость которых с осадочными породами и составляет формацию Витватерсранд (см. рис. 1), представляющую месторождение. Безрудные кварциты в этих горизонтах входят в ассоци-Рис. 1. Схема геологического строения депрессии Витватерсранд1. Вул- ацию с рудами, представленными
каногенно-осадочные формации (в скобках - их средний возраст, млн. лет): округлыми обособлениями чисто-
1 - Трансвааль (2025); 2 - Вентерсдорп (2709); 3-4 - верхний и нижний Вит- го кварца, находящимися в квар-ватерсранд (2914); 5 - Доминион (3074); 6 - фундамент (3120). Циркумсин- цево-сульфидной уран-золото-
клинальное строение депрессии определяется центральным поднятием рудной матрице. Со времени от-
Вредефорт. крытия месторождения эти квар-
цевые обособления ошибочно
рассматриваются как гальки конгломератов, а само месторождение, как осадочное (россыпное), несмотря на отсутствие в нем свойственных конгломератам разнообразных галек горных пород. В настоящей статье впервые обосновывается происхождение кварцевых обособлений в сульфидно-кварцевой руде развитием текстуры жидкостной несмесимости расплавов. Тем самым подтверждается генетическая связь золоторудных кварцитов с магматизмом, которая наглядно выражена, например, на одном из месторождений Витватерсранда - Вентерсдорп Контакт, представленном мощным пластом (рифом) кварцевой уран-золотой руды непосредственно перекрытым андезит-базальтовой лавой2. В этом примере рудный кварцит занимает позицию кислых дифференциатов, наблюдаемых в непосредственно предшествующих рудообразованию лавах Кроун. В рудных кварцитах спорадически отмечаются калиевый полевой шпат и биотит, свойственные кислым вулканическим породам.
Формация Витватерсранд, содержащая в верхней части горизонты рудных кварцитов (серия ЕМ>Ш£ А), согласно перекрывается вулканогенной формацией Вентерсдорп. За ее формированием следовала складчатость, обрамляющая поднятие Вредефорт, которое окружено глубокой синклинальной структурой, осложненной множеством мелких дислокаций. Эта циркумсинклинальная структура образовалась в результате развития так называемой центро-
1 Gibson R.L. Reimond W. U. Field excursion through the Vredefort impact structure // 62-nd Meeting of the Meteorological Society. Johannesburg, 11-16 July 1999. 88 p.
2 Сафонов Ю.Г., Прокофьев В.Ю. Модель конседиментационного гидротермального образования золотоносных рифов бассейна Витватерсранд // Геология рудных месторождений. 2006. Т. 48. № 6. С. 475-511.
бежной тектоники1 под действием растягивающих усилий, порожденных эндогенными взрывными процессами. Затем следовали воздымание структуры и эрозия складчатых сооружений, завершавших развитие архейской рудоносной депрессии. Кварцитовые рудные пласты, обнажившиеся в эрозионном срезе синклинальной складчатой структуры, залегают на поверхности в выветрелых осадочных породах и образуют гряды, напоминающие скальные обрамления (рифы) береговых окраин морей и океанов. По аналогии с ними рудные кварцитовые горизонты Ранда и получили название рифов. Они широко варьируют по мощности и выдержаны по простиранию.
Строение рифов существенно осложняется наложенными деформациями, развивающимися в общем субсогласно с их расслоенностью. В результате они приобретают сланцеватое сложение, образование которого сопровождается дроблением кварцевых обособлений и матрицы, переотложением кварца и пирита, образующих прожилковые, гнездовые скопления и чередующиеся полосы, вытянутые вдоль сланцеватости. При этих трансформациях в рифах проявляется брекчиевый характер, кварцево-пиритовая матрица становится цементом обломков кварца, проникая в них в виде прожилков. Перемещению и перемешиванию материала в рифах способствуют также послойные деформации. Сланцеватое сложение рифов усиливается с повышением в них содержания вторичных минералов со слоистой структурой - серицита, хлорита, фуксита, - ведущих к образованию так называемых зеленых рифов.
В слабо измененных типах рифов сохраняется первичная текстура сульфидно-кварцевой руды, образующей слои и неправильные выделения в безрудных кварцитах, четко отделяющихся от вмещающих осадочных пород. Сульфидно-кварцевая руда на 70-80% состоит из каплевидных выделений кварца в кварцево-сульфидной матрице. Эта характерная текстура жидкостной несмесимости хорошо видна на рис.
2, представляющем зарисовку шлифа. В этой текстуре отчетливо видны признаки жидкостного разделения первично однородного расплава на кварцевые капли и сульфидно-кварцевую матрицу с небольшими капельками пирита, реже пирротина (черные овальные выделения).
Текстура хорошо выражена морфологически, что проявляется во взаимном облекании кварцевых капель, их слиянии в виде гантелеобразных форм и кварцевых перемычек, связывающих капли. Эта взаимосвязанность капель однозначно свидетельствует о том, что они образовались на месте, непосредственно вслед за расслоением однородного рудного кварцевого расплава, ритмично извергающегося в депрессию подобно вулканическим извержениям.
Кроме монокристальных капель, представленных на рис. 2, в рудах Ранда содержатся зернистые кварцевые капли и их зональные типы (зернистые во внутренней части и монокристальные во внешней), что еще раз подтверждает их расплавную природу. Каплевидные выделения пирита в матрице местами вдаются в кварцевые капли, что отражает их практически одновременное выделение до затвердевания кварцевых капель. Кварц в каплях обычно чистый, не содержит включений других минералов. В матрице кварц чаще преобладает над пиритом. В процессе слияния капель происходит вытеснение кварц-пиритовой рудной матрицы с образованием кварцитов, в которых матрица становится реликтом, сохраняясь только в тонких интерстициях между сливающимися каплями. На микрофотографии (рис. 3) хорошо видна интерстиционная текстура, свойственная сульфидно-кварцевым рудам, а также ее реликты, сохраняющиеся на переходе от этих руд к безрудным кварцитам.
К важным показателям взрывного (эксплозивного) выброса из глубины в депрессию рудно-кварцевых расплавов относятся мельчайшие (меньше 1 карата) зерна зеленоватого алмаза, систематически входящего в состав золотых кварцевых руд Витватерсранда. Этой алмазоносной пылью фиксируется механизм широкого распространения расплавов, свойственных алмазоносным эндогенным взрывным кольцевым структурам3. Расплавы с пылевидным алмазом (зювиты, тагамиты) выбрасывались взрывом на большую высоту и распространялись на огромные площади. Взрывы очень высокого энергетического уровня аналогично обеспечивали в депрессии Витватерсранд наблюдае-
Рис. 2. Схематическая зарисовка шлифа ураново-золотой сульфиднокварцевой руды2, разделяющейся на крупные капли кварца и мелкие капли сульфидов (черное) в кварцевосульфидной матрице. Выражены взаимное облекание и гантелеобразная форма кварцевых капель и их связанность перемычками.
Рис. 3. Кварцит, образовавшийся при слиянии кварцевых капель; в некоторых местах сохранилась интерстиционная текстура кварцевосульфидной руды и ее реликты.
1 Baundemont D., Fedorovich J. Structural control of uranium mineralization at the Dominique Peter deposit, Sascatchewan, Canada // Econ. Geol. 1996. Vd. 81. № 5. P. 855-874.
2 Царев Д.И. Метасоматизм. Улан-Удэ: Изд-во Бурятского науч. центра РАН, 2002. 319 с. С. 254.
3 Маракушев А.А., Панеях Н.А. Формирование алмазоносных взрывных кольцевых структур // Пространство и Время. 2011. № 2(4). С. 118-124.
мое ритмично повторяющееся образование алмаз-содержащих рифов на огромных площадях в сотни квадратных километров. Никакие другие процессы не способны обеспечить такую их распространенность. Рифы характеризуются выдержанностью их строения и состава.
Таким образом, в сульфидно-кварцевых рудах Ранда отчетливо выражены структуры жидкостной несме-симости (liquid immiscibility), определяющие природу рифов, как расплавную, связанную с развитием глубинного магматического очага.
Руды Ранда характеризуются умеренными средними содержаниями золота (около 10 г/т) и урана (порядка 200 мг/т). Содержания существенно более низкие в сульфидно-кварцевых рудах и несравнимо более высокие в так называемых банкетах, представляющих сочетание сульфидно-кварцевых руд и обычно подстилающих их сложных углеродных веществ (распространенные названия - carbon и/или тухолит (рис. 4)). В углеродном веществе содержание золота, урана (в минералах уранинит, браннерит) и тория (минерал - торианит) может достигать огромных значений. Оно детально исследовано в рифе Вааль . В его состав входят в основном углеводороды, подразделяющиеся на следующие типы: легкие с атомным преобладанием водорода над углеродом (C2H6-C4H10) и (C9H12-C13H14), промежуточные с одинаковым их содержанием (C6H6 - C12H12) и тяжелые с преобладанием углерода над водородом - метилнафталин (C11H10), инден (C9H8), нафталин (C10H8) и др. В подчиненном количестве присутствуют соединения углеводородов с кислородом (CH4O, C2H4O, C3H6O) и серой (C5H6S, C10H8S). Затвердевание тухолита и превращение его в битуминозное столбчатое твердое вещество связано с его дегазацией, с миграцией из него водорода, метана и других легких углеводородов.
С давних времен распространено представление о биогенной природе тухолита Витватерсран-да4, что нам кажется ошибочным. В его практически чисто углеводородном составе отсутствуют азот и фосфор, а кислород содержится в ничтожном количестве. Эти элементы существенны в составе любого биогенного вещества. Без них невозможна даже геохимическая (абиогенная) эволюция органического вещества5, в которой выделяются, по крайней мере, 6 ступеней развития, предшествующих биохимическому развитию. Почти чисто углеводородный состав тухолита отвечает самой низкой ступени абиогенного развития (I). Границы между ступенями фиксируются реакциями углеводородов с водой, азотом, цианистой (HCN) и фосфорной (H3PO4) кислотами. Предполагавшееся участие в развитии золотоносности Ранда диагенеза цианобактериальных матов противоречит возрастным соотношениям, т.к. формирование цианобактерий (возникновение оксигенного фотосинтеза и появление кислорода в гидросфере и атмосфере) датируется возрастом около 2,2-2,4 млрд. лет6, тогда как золото-углеродные ассоциации Ранда имеют архейский возраст, т.е. более 2,7 млрд. лет.
Приобретение углеводородной специфики в рудообразовании по нашим представлениям связано с появлением щелочного уклона в развитии магматизма в его материнском глубинном очаге. В Рис. 4. Блок-диаграмма, иллюстрирующая строение рудах Ранда это прослеживается по парагенезисам
рифа, богатого золотом и уртнсм, и содержащего прзсл°й рудных минералов. На месторождении установлено
тухслита сс стслбчатсй структурсй2: 1 — кварцит, 2 — ту- «более 70 минеральных видов»7. Даже далеко не
Xслит, 3 — сульфидно-кварцевая 4 — кварцит. Внизу полный обзор парагенезисов этих минералов убеж-
фотография образца столбчатого тухолита3.
1 Zumberge J.E., Nagy B., Nagy L.A. Some aspects of the development of the Vaal Reef uranium-gold carbon seams, Witwaters-rand sequence: organic geochemical and microbiological considerations // Miner. Sci. Eng. 1978. Vol. 10. P. 223-246.
2 Schidlowski M. Untersuchungen zur metallogenese in Sud-Westlichen Witwatersrand - Becken (Oranje - Freistaat - Goldfeld, Sudafrika) // Beihefte zum Geolog. Jarbuch. 1970. Heft 85. 74 p.; Schidlowski M. Uraniferous constituents of the Witwatersrand conglomerates: ore-microscopic observations and implications for the Witwatersrand metallogeny. Genesis of uranium and gold-bearing Precambrian quartz-pebble conglomerates // Geol. Surv. Prof. Pap. 1981. P. 1-29.
3 Hallbauer D.K., Jahns H.M., Beltmann H.A. Morphological and anatomical observations on same Precambrian plants from the Witwatersrand, South Africa // Geol. Rundschau. 1981. Vol. 66. Heft 2. P. 477-491.
4 Hallbauer D.K., vanWarmelo J. Fossilized plants in thucholite from Precambrian rocks of theWitwatersrand, South Africa // Precambrian Res. 1974. Vol. 1. Pр. 199-212; Hallbauer D.K., Jahns H.M., Beltmann H.A. Op. cit.; Mossman D.J., Minter W.E.L., Dutkiewicz A. et al. The indigenous origin of Witwatersrand carbon // Precambr. Res. 2008. Vol. 164. Pр. 173-186.
5 Маракушев А.А., Маракушев С.А. // Геохимические основы теории происхождения жизни // ДАН. 2008. Т. 420. №1 . C. 97-103; Маракушев А.А., Маракушев С.А. Происхождение и флюидная эволюция Земли // Пространство и Время. 2010. № 1. С. 98-118.
6 Маракушев С.А. Микробиологическая трансформация золота в биогеохимическом цикле элементов // Успехи товр. биол. 2005. Т. 125, № 3. С. 291-309; Holland H.D. The oxygenation of the atmosphere and oceans // Philos. Trans. R. Soc. Lond. Biol. Sci. 2006. Vol. 361. P. 903-915.
7 Марфунин А.С. История золота. М.: Наука, 1987. 245 с. С. 100.
дает в комплексном характере руд, что прослеживается по слагающим руды металлам, которые разделяются на металлы нормальной и повышенной щелочности (табл. 1).
Таблица 1
Систематика химических элементов на основе их атомных орбитальных радиусов
Нечетные элементы Четные элементы
Ж л н 8 X Т 8 і 3 и 11 На 18 Кг 37 пь 86 Сб 87 Рг Щелочные металлы
57 1_а аэ Ас Лантаниды и актиниды
Ю Рг И Ра
81 Рт 93 Ыр
83 Ей 86 Ат
86 ТЪ 87 Вк
87 Но 8® Ея
88 Тт ют Мс!
21 вс 38 У 71 1~и ш и Переходные металлы
23 V 41 нь 73 Та 105 оь
26 Мп 43 Тс 75 Ие 1®7 ВИ
27 Со 46 Ші 77 ІГ 169 Мі
2Э Си 47 Ад 78 Аи 111
Б В 13 А! 31 Оа 48 !п 81 Те 113 Кислотные металлы и неметаллы
7 N 16 Р 83 Аэ 61 вь 83 Ві 11Б
1 н 8 Р 17 С1 36 Вг 63 I 86 А* 117
I 11 ш IV V VI Периоды
Щелочность ► 4 Ве 12 щ 2© Са 33 вг 68 Ва 88 Ра Щелочноземельные металлы
68 Се 80 ть Цериды и ториды
ео на 82 и
82 84 Ри
84 всі эв Ст
88 88 а
83 Ег юо Рт
70 УЬ 102 N0
22 ТЇ 48 7х 72 Ні 104 ш Переходные металлы
24 Сг 42 Мо 74 w 108
2в Ре 44 № 78 05 «8 Нз
23 № 48 Реї 73 Р4 110
30 2л 43 С(1 80 Нд 112
8 с и 32 ве 68 вп 82 РЬ 114 Кислотные металлы и неметаллы
8 о 18 в 34 £е 62 Те •п* Т5 0 11в
2 Не 10 Не 18 Аг 38 Кг 64 Хе 88 Кп 118
I II III IV V VI Периоды
Это разделение определяется величинами их атомных орбитальных радиусов, которые в каждом периоде монотонно уменьшаются с повышением их порядковых номеров и соответствующим нарастанием кислотных свойств металлов. Сопоставлять металлы по этому признаку можно только при их одинаковой валентности. Например, согласно таблице, уран - более основной металл по сравнению с золотом, соответственно кислота НАи02 более сильная по сравнению с Ни02. В восстановительных условиях золото переходит в одновалентное состояние и теряет кислотные свойства. Это стабилизирует соединение Аии02, пределяющее парагенезис золота с ураном. «Срастания ярких золотинок с бархатисто-черным уранинитом (ЦЮ2) - это минералогический символ Витватерсранда»1. Ме-таллогеническая специфика Ранда состоит в сочетании в его рудах металлов, свойственных нормальному и щелочному магматизму. Показательно в связи с этим сочетание сульфидов меди и халько-фильных металлов с фосфатами редких земель (монацитом и др.). Магматизм нормальной щелочности развивается в режиме растяжения депресси-онных структур, когда восходящие флюиды, определяющие его развитие, теряют водород и приобретают кислотный характер. Включения водно-углекислых флюидов (Н20
+ Н2СО3 и др.) обычны в ми- Витватерсранд. Образцы золотосодержащей уранинитовой руды
1 Там же. С. 105.
Рис. 5. Интерстиция между каплями кварца сложена кварц-браннеритовым агрегатом (с глау-кодотом) в контакте с каплей пирита, частично замещенной кварцем с незначительной примесью браннерита. Масштаб 50 дт.
нералах изверженных пород нормальной щелочности. Сменяющий эту обстановку режим сжатия препятствует миграции водорода, давление которого возрастает, придавая магматизму эксплозивный характер и щелочной уклон, обусловленный разложением кислотных компонентов флюидов с появлением углеводородов: 2Н2СО3 + 7Н2 = 6Н2О + С2Н и др.1. Углеводороды могут также дополнительно генерироваться за счет привноса СО из более глубинных зон: 5Н2 + 2СО = 2Н2О + С2Нз. Углеводородная специфика несомненно влияла на развитие рудоносного кварцевого расплава, повышая его химическое сродство к урану и золоту. Углеводородные рудоносные кварцевые расплавы, генетически связанные с повышением водородного давления в магматическом очаге, на различных ступенях своего металлогеническо-го развития эксплозивно выбрасывались в депрессию, формируя в ней рифы различной мощности и громадной протяженности. Можно полагать, что, благодаря углеводородной специфике, в кварцевых расплавах контрастно проявилась кварцево-рудная несмесимость. Она привела к отделению нижних безрудных кварцитов (см. рис. 4) и обособлению в рудных расплавах безрудных кварцевых капель (см. рис. 2). С их отделением связано превышение в рудном расплаве концентрации рудных металлов, серы и углеводородов. Жидкое состояние рудного расплава доказывается наличием в руде ранних капель тугоплавкого пирротина, которые захватываются каплями более легкоплавкого пирита, выделявшимися позднее в рудном расплаве. Повышение в рудном расплаве содержания углеводорода и его утяжеление вследствие дегазации водорода приводили к его отделению от рудного расплава с захватом большей части золота, урана, тория. Результатом этого и было образование продуктивного тухолитового слоя в основании сульфидно-кварцевой руды (см. рис. 4). Консолидация углеводородного слоя сопровождалась отделением от него водно-углеводородных флюидов, под их воздействием которых происходили метосоматиче-ские преобразования залегающих выше кварцевосульфидных руд, например, замещение браннеритом (UTi2O6) кварцево-сульфидной руды в интерстициях между каплями кварца (рис. 5).
При разделении матричных расплавов на рудные и чисто кварцевые углеводороды концентрировались в рудных расплавах. Соответственно кварц каплевидных выделений в руде содержит водно-углекислые флюидные включения, а в кварце сульфидно-кварцевой матрицы и жил содержатся включения углеводородных флюидов, что и подтверждается в работе2. Содержащие нефть (oil bearing) флюидные включения описаны в кварце рифов Вааль и Стейн .
Природа рудоносных кварцитовых рифов Ранда в наибольшей мере раскрывается наличием в рудах платиновых металлов (масс %): Os 40, Ir 30, Ru 15. Pt 14, Rh 1. На это обратил внимание еще П.А. Вагнер4. Он связал их нахождение со спецификой глубинного магматического очага, материнского по отношению к месторождению, полагая его аналогичным платиноносным плутонам, которые в апикальной части сложены гранитами, а в основании гипербазитами. Соответственно с этим гранитная и гипербазитовая линии минералообразо-вания находят отражение и в специфике золота Ранда. Выделения золота имеют особенно причудливые формы в столбчатом тухолите, в котором они вписываются в его колломорфную структуру. В сульфидно-кварцевой руде золото или образует отдельные зерна в матрице или тесные ассоциации с сульфидами (включения и срастания и нарастания на них). На фотографии (рис. 6) золото 910 пробы (Au 84,3; Ag 15,7) нарастает на пирит и арсенопирит в виде зерен причудливой кон-
Рис. 6. Причудливые формы выделения золота (910 проба) на зернах пирита и арсенопирита в ассоциации с браннеритом и уранинитом. Масштаб верхней микрофотографии 50 дт, нижней - 10 дт.
1 Маракушев А.А., Маракушев С.А. Окислительно-восстановительные фации углеводородов и образование нефти // ДАН. 2007. Т. 414. № 1. С. 83-89.
2 Сафонов Ю.Г., Прокофьев В.Ю. Указ. соч. С. 501.
3 Mossman DJ., М^ег W.E.L., Dutkiewicz А. et а1. Ор.
4 Вагнер П.А. Месторождения платины и рудники Южной Африки. М.: Цветметиздат, 1932. 279 с.
фигурации. В сульфидно-кварцевых рудах золото входит в ассоциацию большей частью с пиритом, но также и с множеством других минералов: сфалеритом, халькопиритом, молибденитом, кобальтином, глаукодотом, герсдорфитом, бравоитом и др. Это разнообразие его ассоциаций - надежный признак эндогенного происхождения золота. Оно очень богато элементами-примесями - индикаторами его гетерогенности, как «ультрабази-товой, так и гранитной серий»1. Это отражает связь золота с гранитами апикальной части расслоенного магматического очага, развивающегося под воздействием восходящих трансмагматических флюидов, фильтрующихся через его глубинную гипербазитовую зону. Она и придает кварцево-рудной формации свою металлоге-ническую специфику. С этим связано и нахождение в рудах Ранда платиновых металлов, хромита и примеси никеля в золоте и сульфидах. Самое важное в этом процессе состоит в том, что восходящие трансмагматические флюиды привносят в апикальные гранитные магмы не только рудные, но и петрогенные основные химические компоненты, придающие эволюции гранитного магматизма антидромную диоритовую направленность с отделением щелочнометального кварцевого расплава: гранитная магма + (Са + Mg + Fe) = диоритовая магма + ^ + К + Ка). Этот процесс наглядно выражен на петрохимической диаграмме, рис. 7. Месторождения кварцево-рудной формации возникают на различных ступенях смещения выше упомянутой реакции вправо, что фиксируется повышением основности гранитов (антидромным развитием гранитного магматизма). Витва-терсранд отвечает полному смещению реакции вправо, когда кислые (гранитные) магмы вытесняются ассоциацией средних (или основных магм) и щелочнометальных кварцевых расплавов. Этим и определяются эксплозивные извержения более флюидных кварцевых расплавов, формирующих кварцитовые рифы. Встречаются и их ассоциации с андезито-базальтами.
Флюидами из глубины привносилось больше железа, чем требовалось реакцией гранит ^ диорит. Избыточное привносимое железо подвергалось флюидной сульфуризации с при-вносом меди и халькофильных металлов, что и создавало сульфидную специализацию кварцевого расплава.
Железо привносилось в двухвалентном состоянии, так что его дисуль-фидная сульфуризация сопровождалась освобождением водорода ^еО +
2Н^ = FeS2 + Н2О + Н2). При наличии углерода это генерировало углеводороды (Н2СО3 + 2,5Н2 = ЗН2О + СН), усиливая тем самым углеводородную специализацию Ранда. Щелочнометальный характер кварцевого расплава стимулировал концентрацию в нем золота в результате образования рудно-кремниевых комплексов:
[А^2О6]-, [А^Ю5]3- и др., подобных алюмокремниевым комплексам силикатов: [А^3О8]-, [А^2О6]- в соединениях со щелочными металлами.
Образующиеся в результате щелочные комплексы золота - К3[А^Ю5],
К5[А^Ю6] и др. - представляют главные формы концентрации рудных металлов в кварцевых расплавах. Они легко разлагаются при флюидном воздействии, вызывающем миграцию щелочных металлов в виде К(ОН), создавая парагенезис золота с кварцем: К3[А^Ю5] + 1,5Н2 = Аи + SiO2 + 3К(ОН); К5[А^Ю6] + Н2О + 1,5Н2 = Аи + SiO2 + 5К(ОН) и др. Открытие щелочнометального эффекта концентрации золота (и других рудных металлов) в кварцевых расплавах2 имеет общее значение, позволяя понять золотоносность не только Ранда, но и почти чисто кварцевых жил, нередко создающих коренные и россыпные месторождения золота. Этот эффект определяется практическим отсутствием алюминия в щелочнометальных кварцевых расплавах. Он обусловлен контрастным разделением алюминия и щелочных металлов между силикатной магмой и отделяющимся от нее кварцевым расплавом. Под воздействием щелочных металлов в кварцевых расплавах образуются руднокремниевые комплексы - эффективные концентраторы рудных металлов, создающие при разложении рудо-носность кварцевых жил, например K[AuSi2O6] + 1,5Н2 = Аи + 2SiO2 + (Н2О + К(ОН)).
Древнейшим депрессиям архейских кратонов свойственно распространение золоторудных кварцевых формаций. По рудно-кварцевому отношению с месторождением Витватерсранд вполне сопоставимы, например, «четыре тысячи архейских золоторудных жил кратона Зимбабве»3, смежного с кратоном Каапвааль. Хотя эти объекты различаются по продуктивности, но сходны по возрасту (Архей), приуроченности к депрессиям на древних кратонах и огромному размаху проявления золото-кварцевой формации.
K+Na
Б1/5 Са+Мд+Ре
Рис. 7. Схема расщепления гранитных магм на ассоциацию диоритовых и щелочнометально-кварцитовых расплавов. Показаны соединения калия с алюмокремниевыми и руднокремниевыми комплексами.
1 Сафонов Ю.Г., Прокофьев В.Ю. Указ. соч. C. 498
2 Маракушев А.А. Генезис месторождений кварцево-рудной формации // Смирновский сборник. М: МГУ. 2012.
3 Марфунин А.С. Указ. соч. C. 115-116.
ЛИТЕРАТУРА
1. Вагнер П.А. Месторождения платины и рудники Южной Африки. М.: Цветметиздат, 1932. 279 с.
Vagner P.A. (1932). Mestorozhdeniya platiny i rudniki Yuzhnoi Afriki. Tsvetmetizdat. Moskva. 279 р.
2. Маракушев А.А. Генезис месторождений кварцево-рудной формации. Смирновский сборник. М: МГУ. 2012. Marakushev A.A. (2012). Genezis mestorozhdenii kvartsevo-rudnoi formatsii. Smirnovskii sbornik. MGU. Moskva.
3. Маракушев А.А., Маракушев С.А. Окислительно-восстановительные фации углеводородов и образование нефти // ДАН. 2007. Т. 414. № 1. C. 83-89. На англ.яз.: Marakushev A.A., Marakushev S.A. (2007). Redox facies of hydrocarbons and the formation of oil. Dokl. Earth Sci. Vol. 414. N. 4. Pp. 561-566.
Marakushev A.A., Marakushev S.A. (2007). Okislitel'no-vosstanovitel'nye fatsii uglevodorodov i obrazovanie nefti. DAN. T. 414. N 1. C. 83-89. In Engl.: Marakushev A.A., Marakushev S.A. (2007). Redox facies of hydrocarbons and the formation of oil. Dokl. Earth Sci. Vol. 414. No. 4. Pp. 561-566.
4. Маракушев А.А., Маракушев С.А. Геохимические основы теории происхождения жизни // ДАН. 2008. Т 420. № 1. C. 97-103. На англ. яз.: Marakushev A.A., Marakushev S.A. (2008). Geochemical basis of the theory of origin of life. Dokl. Earth Sci. Vol. 420. N. 4. Pp. 602-607.
Marakushev A.A., Marakushev S.A. (2008). Geokhimicheskie osnovy teorii proiskhozhdeniya zhizni. DAN. T. 420. N 1. Рр.
97-103. In Engl.: Marakushev A.A., Marakushev S.A. (2008). Geochemical basis of the theory of origin of life. Dokl. Earth Sci. Vol. 420. N. 4. Pp. 602-607.
5. Маракушев А.А., Маракушев С.А. Происхождение и флюидная эволюция Земли // Пространство и Время. 2010. № 1. С. 98-118. На англ. яз.: Marakushev A.A., Marakushev S.A. (2010). Origin and fluid evolution of the Earth. Prostranstvo i Vremya. N 2(4). Pp. 153-158.
Marakushev A.A., Marakushev S.A. (2010). Proiskhozhdenie i flyuidnaya evolyutsiya Zemli. Prostranstvo i Vremya. N 1. Рр.
98-118. In Engl.: Marakushev A.A., Marakushev S.A. (2010). Origin and fluid evolution of the Earth. Prostranstvo i Vremya. N 2(4). Pp. 153-158.
6. Маракушев А.А., Панеях Н.А. Формирование алмазоносных взрывных кольцевых структур // Пространство и Время. 2011. № 2(4). С. 118-124. На англ. яз.: Marakushev A.A., Paneyakh N.A. (2011). Formation of diamond-bearing explosive ring structures. Prostranstvo i Vremya. N 2(4). Pp. 118-124.
Marakushev A.A., Paneyakh N.A. (2011). Formirovanie almazonosnykh vzryvnykh kol'tsevykh struktur. Prostranstvo i Vremya. N 2(4). Рр. 118-124. In Engl.: Marakushev A.A., Paneyakh N.A. (2011). Formation of diamond-bearing explosive ring structures. Prostranstvo i Vremya. N 2(4). Pp. 118-124.
7. Маракушев С.А. Микробиологическая трансформация золота в биогеохимическом цикле элементов // Успехи товр. биол. 2005. Т. 125. № 3. С. 291-309.
Marakushev S.A. (2005). Mikrobiologicheskaya transformatsiya zolota v biogeokhimicheskom tsikle elementov. Uspekhi covr. biol. T. 125. N 3. Рр. 291-309.
8. Марфунин А.С. История золота. М.: Наука, 1987. 245 с.
Marfunin A.S. (1987). Istoriya zolota. Nauka. Moskva 245 р.
9. Оноприенко В.И. Золото Колымы: прогноз Ю.А. Билибина и реалии промышленного освоения // Смирновский сборник. М.: РАЕН. 2007. С. 85-103.
Onoprienko V.I. (2007). Zoloto Kolymy: prognoz Yu.A. Bilibina i realii promyshlennogo osvoeniya. Smirnovskii sbornik. RAEN. Moskva. Рр. 85-103.
10. Сафонов Ю.Г., Прокофьев В.Ю. Модель конседиментационного гидротермального образования золотоносных рифов бассейна Витватерсранд // Геология рудн. месторождений. 2006. Т. 48. №. 6. С. 475-511.
Safonov Yu.G., Prokof'ev V.Yu. (2006). Model' konsedimentatsionnogo gidrotermal'nogo obrazovaniya zoloto-nosnykh rifov basseina Vitvatersrand. Geologiya rudn. mestorozhdenii. T. 48. N. 6. Рр. 475-511.
11. Царев Д.И. Метасоматизм. Улан-Удэ: Изд-во Бурятского науч. центра РАН, 2002. 319 с.
Tsarev D.I. (2002). Metasomatizm. Izd-vo Buryatskogo nauch. tsentra RAN. Ulan-Ude. 319 р.
12. Baundemont D., Fedorovich J. Structural control of uranium mineralization at the Dominique Peter deposit, Sascatchewan, Canada. Econ. Geol. 1996. ^l. 81. N 5. Pр. 855-874.
13. Gibson R.L., Reimond W.U. Field excursion through the Vredefort impact structure. 62-nd Meeting of the Meteorological Society. Johannesburg, 11-16 July 1999. 88 p.
14. Hallbauer D.K., van Warmelo J. Fossilized plants in thucholite from Precambrian rocks of the Witwatersrand, South Africa. Precambrian Res. 1974. Vol. 1. ^р. 199-212.
15. Hallbauer D.K., Jahns H.M., Beltmann H.A. Morphological and anatomical observations on same Precambrian plants from the Witwatersrand, South Africa. Geol. Rundschau. 1981. Vol. 66. Heft 2. P. 477-491.
16. Holland H.D. The oxygenation of the atmosphere and oceans. Philos. Trans. R. Soc. Lond. Biol. Sci. 2006. Vol. 361. Pр. 903-915.
17. Mossman D.J., Minter W.E.L., Dutkiewicz A. et al. The indigenous origin of Witwatersrand carbon. Precambr. Res. 2008. Vol. 164. P. 173-186.
18. Schidlowski M. Untersuchungen zur metallogenese in Sud-Westlichen Witwatersrand - Becken (Oranje -Freistaat - Goldfeld, Sudafrika). Beihefte zum Geolog. Jarbuch. 1970. Heft 85. 74 p.
19. Schidlowski M. Uraniferous constituents of the Witwatersrand conglomerates: ore-microscopic observations and implications for the Witwatersrand metallogeny. Genesis of uranium and gold-bearing Precambrian quartz-pebble conglomerates. Geol. Surv. Prof. Pap. 1981. Pр. 1-29.
20. Zumberge J.E., Nagy B., Nagy L.A. Some aspects of the development of the Vaal Reef uranium-gold carbon seams, Witwatersrand sequence: organic geochemical and microbiological considerations. Miner. Sci. Eng. 1978. Vol. 10. Pр. 223-246.
