CC BY
60
ВЕСТНИК ПЕРМСКОГО УНИВЕРСИТЕТА
2009 Геология Вып. 11 (37)
УДК 553.3
О генетической интерпретации структур корреляционных полей компонентов
А.С. Сунцев
Пермский государственный университет, 614990, Пермь, ул. Букирева, 15 E-mail: [email protected]
Рассмотрены принципы генетической интерпретации структур корреляционных полей химических компонентов. Проанализировано строение корреляционных полей скарно-во-магнетитовых руд месторождений Тагильской и Турьинско-Ауэрбаховской групп (Средний и Северный Урал). Предложена уточненная схема образования минерализации данного генетического типа.
Ключевые слова: месторождения полезных ископаемых; корреляционный анализ; скарны; Урал.
Теория геохимического метода парагене-тического анализа полезных ископаемых разработана В.Ф.Мягковым [1,3]. В многочисленных публикациях им показано, что гео-метро-статистическая обработка материалов химического опробования полезных ископаемых с успехом может применяться и для решения всегда сложных по своей сущности генетических проблем. В основу всех генетических построений при проведении парагене-тического анализа заложено базовое понятие о парагенезисе химических компонентов и минералов.
Под парагенезисом понимается совместно образованная часть геохимической ассоциации компонентов руд месторождения [3]. Состав парагенезиса химических элементов и минералов в месторождении определяется химическим составом и физическим состоянием рудогенерирующей системы, миграционной способностью химических компонентов, внешними условиями рудообразования. Парагенезис в рудогенерирующей системе возникает в том случае, если образующие его компоненты, утратив способность к дальнейшей миграции, концентрируются совместно на каких-либо участках пространства рудного тела. Индивидуальные миграционные особенности компонентов приводят к тому, что границы участков обогащения для разных компонентов состава парагенезиса могут обнаруживать локальные пространственные несоответствия. Однако общая тенденция в локали-
зации вещества компонентов парагенезиса сохраняется. Эта тенденция к локализации может быть выявлена только при проведении широкомасштабного химического опробования руд месторождения. Отсюда и довольно высокая степень надежности геохимического метода парагенетического анализа руд.
Обогащенность продуктами парагенезиса одних и тех же участков рудного тела приводит к тому, что геохимические поля, отражающие пространственные закономерности изменения содержаний входящих в его состав компонентов, соотносятся конкордантно (согласно). Зависимость в корреляционном поле между химическими компонентами парагенезиса будет прямой положительной.
Появление в руде не одного, а нескольких парагенезисов может вызываться как стадийностью процесса рудообразования, так и эволюцией состава рудогенерирующей системы в структуре рудоотложения. Хорошо известно, что процесс формирования месторождений, особенно эндогенных, протекает обычно в несколько стадий. В итоге в рудном теле происходит наложение минеральных продуктов нескольких стадий. Каждой стадии, если в структуре рудоотложения не происходит полной дифференциации вещества, соответствует вполне определенная парагенетическая ассоциация химических элементов или минералов. Она отличается от других ассоциаций общностью способов минералообразования, сочетаниями компонентов с близкими геохимиче-
© Сунцев А.С., 2009
скими свойствами, специфическими структурно-текстурными чертами слагающих ее минералов и пространственной обособленностью. Соотношения геохимических полей разных парагенезисов определяются способом концентрации компонентов одного парагенезиса относительно компонентов другого: способом выполнения или способом замещения.
Способ выполнения состоит в концентрации продуктов минерализации в трещинах и пустотах без химического взаимодействия с ранее образовавшимися компонентами. Если плотность распределения трещин и пустот в рудном теле не совпадает с закономерностями размещения ранее образовавшейся минерализации, строение геохимических полей компонентов разных стадий будет дискор-дантным. Если такие совпадения имеют место, то соотношение геохимических полей компонентов разных стадий может быть: 1) антикордантным, когда увеличение плотности распределения трещин приурочено к участкам с пониженными концентрациями вещества; 2) конкордантным, когда увеличение плотности распределения трещин соответствует участкам с повышенными содержаниями компонента.
При протекании метасоматических процессов в структуре рудоотложения происходит замещение компонентов прежде возникшего парагенезиса новыми компонентами, поэтому соотношение между геохимическими полями компонентов разных парагенезисов в соответствии с законом равных объемов будет являться антикордантным.
Изменение состава рудогенерирующей системы путем ее эволюции предполагает последовательное образование ряда парагенети-ческих ассоциаций химических элементов и минералов. При эволюции системы происходит разделение ее на остаточный продукт и минеральный агрегат. Естественно, что чем выше будет заполнение какого-либо элементарного объема агрегатом, тем меньше будет в нем остаточного продукта. При отсутствии химического взаимодействия между агрегатом и остаточным продуктом геохимические поля, возникшие из рудогенерирующей системы, для которой характерна полярная эволюция, должны в целом соотноситься анти-кордантно. В возникшем же агрегате будут проявлять себя внутриминеральные (положи-
тельные) связи между компонентами. Если при последующей эволюции будет происходить замещение минерального агрегата остаточным продуктом, то антикордантность их геохимических полей будет еще более отчетливой. При таком усложненном процессе концентрации вещества фактически образуются последовательно два парагенезиса, содержащих одни и те же компоненты руд.
В парагенетическом анализе руд геохимическим методом особые трудности возникают в тех случаях, когда химический элемент имеет несколько форм нахождения: либо он распределен между минералами, входящими в состав одного парагенезиса, либо, что значительно хуже, между минералами разных парагенезисов. Для выявления характера соотношений геохимических полей компонентов в таких ситуациях большое значение наряду с вычислениями коэффициентов корреляции приобретают исследования строения самих корреляционных полей.
В процессе исследований детально изучают размещение в корреляционных полях двумерных частот проб. В общей совокупности проб, отображенных в корреляционном поле, стараются выделить частные совокупности проб. В поле корреляции проводят линии равных плотностей распределения частот (изочастоты) и затем анализируют получающиеся структуры. Общая совокупность обычно распадается на несколько отдельных совокупностей, фиксируемых в корреляционном поле структурными выступами и (или) повышенными значениями частот. Каждая частная совокупность свидетельствует о существовании в полезном ископаемом парагенезиса определенных химических компонентов и минералов. Анализ структур корреляционных полей позволяет установить определенные закономерности в пространственновременной концентрации минерального вещества в залежи. А далее с учетом полученных результатов анализа на основе минералогопетрографических описаний руд можно приступать к реконструкции процесса минерало-образования. Наиболее типичные варианты структур корреляционных полей компонентов руд полигенерационного состава и, следовательно, дискордантного соотношения их геохимических полей, приведены на рис.1.
Варианты теоретических моделей структур корреляционных полей Генетические условия проявления теоретических моделей Примеры, структур корреляционных полей
Вариант А Сі Двухстадийный процесс концентрации компонентов С1 и Сг с образованием парагенезиса на каждой стадии а9 А-1 I 1 А-2 .
Сг Аи РЬ
Вариант Б с. Двухстадийный процесс концентрации компонента Сг и компонента С-! с образованием на одной из стадий парагенезиса и условия последующего замещения части компонента^ компонентом ф БІ-Од Б-1 ТіОг Б-2
с* СаР2 ге
Рис.1. Варианты структур корреляционных полей полигенерационныхруд (по В.Ф.Мягкову [3]). Справа приведены примеры структур по месторождениям: золоторудного (А-1), Азатекского полиметаллического (А-2), Амдерминского флюоритового (Б-1), Баронского титаномагнетитового (Б-2)
Нами изложенные выше принципы генетической интерпретации применены при изучении структур корреляционных полей основных химических компонентов скарново-магнетитовых руд месторождений Тагильской и Турьинско-Ауэрбаховской групп (Средний и Северный Урал). Рудные тела месторождений залегают в скарновых зонах, развитых на контактах крупных интрузивных массивов: Тагильского диорит-сиенитового - месторождения Тагильской группы и Ауэрбаховского гранодиоритового - месторождения Турьинско-Ауэрбаховской группы. В исследовании использован большой объем данных по химическому опробованию руд: каждое корреляционное поле составлено по сотням или первым тысячам проб.
Геохимические поля анализируемых в статье компонентов - железа, серы и меди -являются гетерогенными, каждый компонент входит в состав нескольких минералов. Главная масса железа приходится на магнетит, кроме того, в заметных количествах железо связано с пиритом, халькопиритом, пирротином и железистыми скарновыми минералами. Сера сосредоточена в основном в пирите и халькопирите, реже в пирротине, медь - главным образом в халькопирите. Средние содержания рассматриваемых химических компо-
нентов в рудных залежах месторождений приведены в таблице.
В корреляционных полях железо — сера общим для всех рудных тел является наличие двух частных совокупностей проб, отражающих скарновую и магнетитовую составляющие руды. В первой содержание железа ниже 25%, во второй - выше 45 %.
Совокупности проб на корреляционных полях фиксируются не везде одинаково отчетливо: лучше всего они выделяются в богатых железом рудных телах (рис.2 Б, В, Ж-О). В этих телах структурные ядра совокупностей (области с максимальной плотностью двумерного распределения проб) в большинстве случаев примыкают к оси содержания железа. Иногда магнетитовое ядро находится несколько выше оси и характеризуется более высокими содержаниями серы (в центре до 2-4%) (рис.2 В, И, О). Объединяющая оба ядра полоса с пониженной плотностью распределения проб ориентирована всегда вдоль той же оси. В рудных телах, сложенных преимущественно бедными разностями руд, ядра частных совокупностей проб в корреляционных полях либо слабо выражены (рис.2 Г, Д), либо отчетливо обособляется лишь ядро скарновой совокупности (рис.2 А, Е).
Таблица. Средние содержания химических элементов в рудах месторождений, масс. %
Рудное тело, блок Компоненты Рудное тело Компоненты
железо сера медь железо сера медь
Высокогорское месторождение
Бл. 19 43,4 1,22 0,12 5 37,6 1,58 0,35
Бл. 21 37,2 0,42 0,11 6 48,2 2,72 0,50
4 34,5 0,42 0,17 - - - -
Естюнинское месторождение
1 35,9 0,19 0,05 - - - -
Первое Каменское месторождение
1-2 49,2 1,51 0,20 - - - -
Ауэрбаховское месторождение
1,2 37,2 1,28 0,70 8,9 38,8 0,13 0,13
4-7 46,9 0,73 0,31 - - - -
Песчанское месторождение
1 49,1 3,29 0,08 2 48,5 2,29 0,06
Воронцовское месторождение
1 49,6 3,48 0,06 - - - -
Вадимо-Александровское месторождение
- 29,2 2,86 2,18 - - - -
Каждой отдельной совокупности присущи свои формы корреляционных связей между железом и серой. В скарновой совокупности проб при относительно низких содержаниях серы (неодинаковых для разных рудных тел) корреляционная связь между железом и серой отсутствует, при более высоких содержаниях серы связь становится положительной. В маг-нетитовой совокупности связь нелинейная:
при сравнительно низких содержаниях серы связь между ней и железом прямая положительная, при более высоких содержаниях она меняется на отрицательную. В рудных телах с очень низкими содержаниями серы (рис.2 Е) магнетитовая совокупность выражена плохо, поэтому здесь трудно определить форму связи между компонентами.
Рис.2. Структуры корреляционных полей «железо — сера» руд месторождений: А—Д — Высокогорского (А — рудное тело 4, Б — РТ-5, В — РТ-6, Г — блок 19, Д — блок 21); Е — Естюнинского; Ж — Первого Ка менского; З — Воронцовского; И-К — Песчанского (И — РТ-1, К — РТ-2); Л-Н — Ауэрбаховского (Л — южные тела, М — центральные тела, Н — северные тела); О — Вадимо-Александровского
Сначала для месторождений Турьинско-Ауэрбаховской группы было установлено, что различия в концентрациях в рудах сульфидной минерализации (таблица) находят свое отображение в количественном и качественном преобразованиях структур корреляционных полей [4, 7]. Так, для рудных тел месторождений западного контакта Ауэрбаховского интрузива (Воронцовского и Песчанского) с высокими концентрациями железосульфидной минерализации характерны только количественные изменения в уровнях содержаний серы в магнетитовом ядре (рис. 2 З-К).
Для десяти рудных тел Ауэрбаховского месторождения, вытянутых вдоль восточного контакта интрузива и характеризующихся постепенным увеличением медносульфидной минерализации в направлении с юга на север, в сторону Турьинских медных месторождений, наблюдаются оба вида трансформаций структур (рис.2 Л-0). На корреляционных полях южной группы тел (тела 1, 2) отмечаются лишь слабые проявления двух ядер, не отличающихся между собой по уровню сульфидной минерализации. Для центральной группы рудных тел (тела 4-7) структура корреляционного поля усложняется специфичной для магнетитовой совокупности обратной зависимостью между содержаниями железа и серы. Эта зависимость прослеживается в корреляционных полях медномагнетитовых рудных тел северной группы Ауэрбаховского месторождения (тела 8, 9) и медных суль-фидно-магнетитовых руд Вадимо-Александровского месторождения. Кроме того, с увеличением интенсивности медной минерализации все отчетливее проявляет себя положительная зависимость между содержаниями железа и серы, присущая скар-новой совокупности проб.
Позднее были проведены исследования химического состава рудных тел месторождений Тагильской группы. При изучении корреляционных полей рассматриваемых компонентов выявлено преобразование их структур, идентичное изменению корреляционных полей рудных тел Ауэрбаховского месторождения. В таком же плане происходит развитие структур от бедных сульфидами залежей Естюнинского и Первого Каменского месторождений к рудным телам 5 и 6 Высокогорского месторождения, содержащих железо- и медносульфидную минерализацию в значительных количествах (рис.2 А-Ж).
Корреляционные поля железо — медь имеют строение, почти тождественное строению корреляционных полей железо -сера. Во всех рудных телах, кроме рудного тела 1 Естюнинского месторождения, выделяются обе совокупности проб - скарновая и магнетитовая, однако их ядра фиксируются отчетливо лишь в некоторых залежах (рис.3 Б,
В, Ж, Л-О). При сравнительно низких содержаниях меди связь между ней и железом в магнетитовой совокупности прямая, а в скар-новой совокупности связь, как правило, отсутствует. При более высоких содержаниях меди связь между компонентами в магнетитовой совокупности становится отрицательной, в скарновой - проявляется положительная зависимость.
В корреляционных полях железо — медь также происходят качественные и количественные изменения структур в зависимости от концентрации меди в рудных телах. Закономерности изменения корреляционных структур, аналогичные паре компонентов железо - сера, отчетливо фиксируются для рудных тел Высокогорского месторождения (рис.3 А-В) и рудных тел Ауэрбаховского месторождения (рис.3 Л-О). В наиболее богатых медью залежах хорошо выражены обе совокупности проб (рис.3 Б, В, Н, О).
В корреляционных полях сера — медь в большинстве рудных тел выделяются две частных совокупности проб, свидетельствующие о по-лиминеральной форме нахождения серы в рудах. Для обеих совокупностей проб характерны прямые положительные зависимости между содержаниями компонентов. Отличаются совокупности пропорциями соотношения содержаний: в верхней совокупности воз возрастание концентраций серы и меди происходит примерно в одинаковых пропорциях, в нижней - в соотношениях (20-40): 1. Судя по соотношениям содержаний компонентов, первая совокупность отображает присутствие в рудах скоплений халькопирита, т.е. связь между серой и медью в этом случае является внутримине-ральной. Наиболее четко данная совокупность обособлена в корреляционных полях рудных тел с высокими средними содержаниями меди (рис.4 Б, В, М-О), и, наоборот, она совершенно не выражена в рудах слабомедистых залежей.
Вторая совокупность проб отображает развитие в рудах железных колчеданов - пирита и пирротина.
Рис.3. Структуры корреляционных полей «железо — медь» руд месторождений: А—Д — Высокогорского (А — рудное тело 4, Б — РТ-5, В — РТ-6, Г — блок 19, Д — блок 21); Е — Естюнинского; Ж — Первого Каменского; З — Воронцовского; И—К — Песчанского (И — РТ-1, К — РТ-2); Л—Н—Ауэрбаховского (Л — южные тела, М — центральные тела, Н — северные тела); О — Вадимо-Александровского
Расположение оси этой структуры под малым углом к оси содержания серы свидетельствует о том, что в железных колчеданах медь присутствует только в виде примеси.
Характер пространственных соотношений геохимических полей компонентов, а именно то, что поля в основном дискордантные и слабо конкордантные, свидетельствует о по-листадийной природе концентрации рудного вещества [1, 2]. Л.Н.Овчинников [5] выделил в процессе рудообразования три этапа: скарно-во-магнетитовый с двумя стадиями (собст-венно-скарновой и окисного оруденения), апоскарново-сульфидный и карбонатносульфидный. Результаты проведенных исследований показывают, что данная генетическая схема для рассматриваемых месторождений в целом приемлема, но ее следует уточнить.
Нами была установлена прямая зависимость между содержаниями железа и серы на наиболее общих уровнях локализации рудного вещества - на структурных уровнях рудного тела и участка рудного тела [8, 9]. Она является следствием пространственной приуроченности в залежах основной массы сульфидов железа, а иногда и меди, к участкам развития богатых железом руд. Такую закономерность по гипотезе Л.Н. Овчинникова объяснить очень трудно, для этого необходимо ввести допущение о полном унаследовании путей миграции рудоносными растворами второго этапа. В такое предположение трудно пове-
рить. Поэтому предлагается другая трактовка положительной зависимости между данными компонентами, которая в подобном допущении не нуждается.
Процесс формирования рудных залежей логичнее разделять на две стадии: стадию скарнообразования и стадию сульфидно-магнетитового оруденения (с двумя подста-диями - магнетитовой и сульфидной). Согласно этой концепции предполагается, что после образования скарнов во вторую стадию концентрация железа в рудогенерирующей системе повысилась в 3-4 раза (таково увеличение на корреляционных полях среднего содержания железа в магнетитовой совокупности по сравнению со скарновой). При этом, как показывает прямая зависимость между содержаниями в рудах железа и серы, в системе наряду с увеличением концентрации железа увеличивалась концентрация серы. Из рудогенерирующей системы в условиях повышения парциального давления сероводорода путем метасоматического замещения скарновых минералов вначале выделялся магнетит. Параллельно по способу выполнения шло образование некоторого количества сульфидов, основанием для такого предположения является наличие на корреляционных полях железо-сера и железо-медь прямой связи в магнетитовой совокупности при низких содержаниях серы и меди. При достижении критического предела концентрации серо-
Рис.4. Структуры корреляционных полей «сера — медь» руд месторождений: А—Д — Высокогорского (А — рудное тело 4, Б — РТ-5, В — РТ-6, Г — блок 19, Д — блок 21); Е — Естюнинского; Ж — Первого Каменского; З — Воронцовского; И—К — Песчанского (И — РТ-1, К — РТ-2); Л—Н—Ауэрбаховского (Л— южные тела, М — центральные тела, Н — северные тела); О — Вадимо-Александровского
водорода в рудогенерирующей системе в основном прекращается образование магнетита. Начинается более интенсивное выделение сульфидных минералов, главным образом путем замещения магнетита. На корреляционных полях этот момент фиксируется сменой в магнетитовой совокупности положительной связи на отрицательную.
В сульфидную же подстадию в скарно-вой составляющей руд происходило избирательное замещение сульфидами железа и меди наиболее железистых скарновых минералов. Эта особенность минералообразования находит свое отражение в строении корреляционных полей железо-сера и железо-медь. Для скарновой совокупности характерна положительная зависимость между железом и серой, железом и медью - она оп-
Библиографический список
1. Мягков В. Ф. О геохимическом принципе исследования минеральных парагенезисов магматогенных месторождений // Г еохимия. 1963. №4. С. 410-416.
2. Мягков В.Ф. О геологической природе криволинейных зависимостей между содержаниями компонентов в эндогенных рудных телах // ДАН, 1969. Т.187. №2. С. 424-427.
ределяется преимущественно не парагенети-ческими, а внутриминеральными сочетаниями компонентов. Судя по характеру зависимости, сульфиды образовывались как по способу выполнения интерстиций между скарновыми минералами, так и по способу замещения наиболее железистых их разностей. Но поскольку преобладают внутриминеральные связи компонентов, это привело к появлению между ними положительных зависимостей, т.е. к одновременному увеличению относительных содержаний всех трех компонентов.
Добавим, что близкая по сущности точка зрения на образование сульфидной минерализации в скарново-магнетитовых месторождениях Северного Тургая высказана в статье З.И.Полтавец [6].
3. Мягков В.Ф. Геохимический метод параге-нетического анализа руд. М.: Недра, 1984. 126 с.
4. Мягков В.Ф., Сунцев А.С., Лебедев Г.В. Исследование структур корреляционных полей железо-сера скарновых месторождений Ау-эрбахо-Турьинской группы // ДАН. 1973. Т. 212. №3. С. 724-726.
5. Овчинников Л.Н. Контактово-
метасоматические месторождения Северного и Среднего Урала // Тр. Г орно-геол. ин-та УФ АН СССР. 1960. Вып. 39. 495 с.
6. Полтавец З.И. О различной природе сульфидной минерализации в железорудных месторождениях скарновой формации // Скар-ново-магнетитовые месторождения Урала / УНЦ АН СССР. Свердловск. 1978. С. 74-81.
7. Сунцев А.С. Исследование структур корреляционных полей содержаний железа, серы и меди первичных руд Высокогорского месторождения // Применение математических методов и ЭВМ при обработке информации на геологоразведочных работах: тез. докл. на Уральском семинаре. Свердловск,1980.
С.41.
8. Сунцев А.С. Закономерности распределения химических компонентов в рудных залежах восточного пояса Высокогорского месторождения // Геометризация и анализ геологических полей месторождений полезных ископаемых. Пермь,1981. Вып.1. С. 61-83. Деп. ВИНИТИ, № 3758-81 деп.
9. Сунцев А.С., Мягков В.Ф. Закономерности распределения компонентов в скарново-магнетитовых рудах промышленных месторождений Богословской группы // Г еология и петрография Западного Урала. Пермь,
1974. Вып.6. С. 92-101.
On genetic interpretation of correlation field structure of components
A.S. Suntsev
Perm State University, 614990, Perm, Bukirev St., 15 E-mail: [email protected]
In the article principles of genetic interpretation of correlation fields structures for chemical components are examined. The structure of correlation fields of skarn-magnetite ores of Tagil and Tur’insk-Auerbakh groups deposits (Middle and North Ural) is analyzed. An accurate outline of mineralization formation for present genetic type is offered.
Key worlds: mineral deposits; correlation analyze; scarn; Urals.
Рецензент - кандидат геолого-минералогических наук Г.В. Лебедев
