CC BY
105
УСЛОВИЯ ОБРАЗОВАНИЯ КВАРЦЕВЫХ ЖИЛ НА ЗОЛОТОРУДНЫХ ПРОЯВЛЕНИЯХ ВЕРХНЕНИЯЮСКОЕ-1 И ВЕРХНЕНИЯМСКОЕ-2 (ПО ДАННЫМ ИЗУЧЕНИЯ ГАЗОВО-ЖИДКИХ ВКЛЮЧЕНИЙ]
К. г.-м. н.
Н. В. Сокерина
Геологическая обстановка
Манитанырдский рудный район в настоящий момент характеризуется наличием месторождений и ряда ру-допроявлений золота в позднерифей-ско-вендско-раннекембрийских отложениях. В пределах Манитанырд-ского золоторудного узла выделено Нияюское рудное поле в составе которого находятся рудопроявления Верхненияюское-1 и Верхненияю-ское-2. На этих проявлениях развита рудная минерализация, приуроченная к зонам интенсивного рассланцева-ния. Рудные минералы представлены пиритом, арсенопиритом, меньше халькопиритом, пирротином, борнитом, марказитом, сфалеритом. Из ги-пергенных отмечены ковеллин, лимонит канькит, скородит. Часто внутри рудных зон наблюдаются кварцевые жилы.
Методы исследований
Для определения условий мине-ралообразования нами методами термобарогеохимии изучены все прозрачные минералы. Валовый состав газов во включениях был проанализирован на газовом хроматографе «Цвет 800» с приставкой для термического вскрытия включений. Декрепитация включений производилась при температуре 1000 °С. Пиролиз образцов проводился в реакторе в атмосфере гелия. Чувствительность метода по основным компонентам составила (мкл): 2 • 10-2 для N2 и CO, 3 • 10-2 — СН и С02, 3 10-3 — н2о.
Газовый состав индивидуальных включений изучался методом КР. На-
4
К. г.-м. н.
С. Н. Шанина
блюдения были проведены на Рама-новском спектрометре U-1000 с лазером Millennia Pro в Институте геологии и минералогии СО РАН (г. Новосибирск). Гомогенизация и криометрия включений проводилась частично в термо-криокамере Linkam ТН 600 в Институте геологии и минералогии СО РАН. Частично гомогенизация включений проводилась на серийной установке УМТК-3 в Институте геологии Коми НЦ УрО РАН. Погрешность измерений составила 3—4 °С. Часть включений изучалась методом криометрии в самодельной камере с хромель-копелеевой термопарой. Погрешность установки составила около 1 °С. Расчет интервалов температур гомогенизации при статистической обработке результатов проводился по формуле Стреджарса, модифицированной Ю. А. Ткачевым [1].
Соленость растворов во включениях измерялась по температуре плавления льда. Солевой состав включений определялся по температуре эвтектики водно-солевой системы [2]. Давление минералообразующей среды рассчитано по диаграмме фазового равновесия NaCl—H2O [3]. Поправка на давление определялась по диаграмме поправок АТ к температуре гомогенизации на давление [4]. Установлено, что при таком давлении и таких концентрациях поправка незначительная — не более 10—15 °С, поэтому будем условно считать, что Тгом = Тобр.
Изотопные исследования воды и CO2 в газово-жидких включениях выполнены на масс-спектрометре МИ-1201М в лаборатории изотопных
К. г.-м. н.
Н. Н. Зыкин*
и ядерно-физических методов ВСЕГИНГЕО МПР. Погрешность измерений не превышала: ±0.2 %о — для кислорода, ±2 %о — для водорода и ± 0.1%о — для углерода.
Изучение изотопного состава углерода и кислорода кальцита из кварцевых жил проведены в группе изотопной геохимии Института геологии Коми НЦ УрО РАН. Измерение проводилось в режиме непрерывного потока на аналитическом комплексе, включающем в себя масс-спектрометр DELTA-V Advantage с системой подготовки и ввода проб Gas Bench II. Погрешность определения 813С и 818О в кальците не превышала для углерода ±0.02 и кислорода ± 0.05%о.
Термобарогеохимические исследования
Для определения условий мине-ралообразования нами исследованы газово-жидкие включения в таких прозрачных минералах, как кварц, кальцит, эпидот, аксинит, входящих в состав золоторудных и незолоторудных кварцевых жил.
Кварц. В процессе работы были детально проанализированы флюидные включения в золоторудном кварце. Для сравнения использованы данные изучения незолоторудного кварца, отобранного не только на Верхне-нияюском участке, но и на сопредельных территориях. Эти исследования не выявили существенных различий между газово-жидкими включениями в золоторудном и незолоторудном кварце (рис. 1, а, б, в). Температура гомогенизации сингенетичных включений в
*Московский государственный университет, Москва
Рис. 1. Газово-жидкие включения: а — двухфазовые включения с газовой фазой ~ 40 об. % в золоторудном кварце; б — двухфазовые включения с газовой фазой ~ 50 об. % в незолоторудном кварце; в — типичные однофазовые включения в незолоторудном кварце; г — двухфазовое включение с газовой фазой < 5 об. %
в эпидоте, д — двухфазовое включение с газовой фазой < 5 об. % в кальците
этих кварцевых жилах приблизительно одинаковая (рис. 2). Основная масса включений переходит в гомогенное состояние до 400 °С. Более высокотемпературные включения встречаются очень редко, что отчетливо видно при статистической обработке. Вызывают сомнение включения, имеющие температуру гомогенизации выше 400 °С. В то же время они присутствуют в кварце, и фазовые переходы в них отчетливо наблюдаются. Вероятно, образование этих включений связано с процессами расшнуровывания, которые обычно наблюдаются в кварце и описаны в литературе [5]. Данные по таким включениям в наших выводах не были использованы (предельные температуры гомогенизации, которые ре-
ально использованы в наших рассуждениях определены статистически по рис. 2). Практически всегда гомогенизация включений проходила по первому типу (в жидкую фазу), в одном случае наблюдалась гомогенизация включения по второму типу (в газ). Наиболее характерными для золоторудного и незолоторудного кварца являются однофазовые водные включения. Они встречаются более чем в 90 % случаев. Двухфазовые включения встречаются значительно реже. Обычно содержание газовой фазы в них не превышает 5 об. %. Редко встречаются включения с газовой фазой > 70 об. %. Температура гомогенизации и расчетное давление минералообразующей среды для золоторуд-
Рис. 2. Гистограмма зависимости распределения температур гомогенизации от частоты
встречаемости: а — для золоторудного кварца; б — для незолоторудного кварца
ного и незолоторудного кварца практически не отличаются друг от друга (табл. 1). Включения в кристаллах горного хрусталя характеризуются пониженными температурами и давлением минералообразующей среды. Стоит отметить, что включения в жильном кварце с большим содержанием газовой фазы, как правило, очень мелкие. Их размер обычно не превышает 10 мкм и в среднем составляет 5— 6 мкм. Для таких включений характерны более высокие температуры гомогенизации и повышенная соленость. Кроме того, в данном кварце часто встречаются двух-, трехфазовые включения, содержащие твердую фазу. Обычно она представлена обломками минерала-хозяина, которые были законсервированы при минералообразо-вании и никак не реагируют на нагревание образца. В единичных случаях наблюдались включения, содержащие твердую фазу, которая при нагревании до 500—550 °С также не растворялась, но наблюдалось ее некоторое «оплавление». Это явление часто характерно для органического вещества. Жильный кварц не был проанализирован на наличие органики, но во вмещающих породах содержание Сорг равно приблизительно 0.03 мас. % (устное сообщение Я. Э. Юдовича).
При замораживании включений было установлено, что во включениях золоторудного кварца содержатся водные растворы солей с температурой плавления эвтектики около -23
Т а б л и ц а 1
Результаты термобарогеохимических исследований
Минерал Тгом., °С NaCl экв., вес. % Тэвт., °С Предполагаемые водно-солевые системы Давление, кг/см2
Золоторудный кварц 85-394 65 0-17 17 около —23 (10 замеров), около —35 (1 замер) NaCl—KCL—Н,0 NaCl—MgCl2—Н,0 1-250
Незолоторудный кварц 70-384 35 4.0-16.5 25 около —23 (16 замеров), около—35 (2 замера) NaCl—KCL—Н,О NaCl—MgCl2—Н,0 1-250
Кристаллы горного хрусталя 135-358 11 0-2 3 около —23 (3 замера) NaCl—KCL—Н20 —
Кальцит 80-287 12 ~15 1 около —35 (1 замер) NaCl—MgCl2—H20 1-10
Эпидот 124-217 20 6-11 3 около —35 (3 замера) NaCl—MgCl2—H,0 1-3
Аксинит 101-126 4 - — — ~1
Примечание. Над чертой — интервалы измерений, под чертой — число замеров и -35° С, что соответствует таким со
левым системам, как NaCl—KCl—H2O и NaCl—MgCl2—H2O (табл. 1), причем последняя встречается крайне редко (всего в 1 замере). Концентрация солей в пересчете на NaCl эквивалент варьирует в пределах 2—17 вес. %. Растворы включений незолоторудного кварца имеют температуры плавления эвтектики равные -23 и -35° С, что соответствует солевым системам NaCl—KCl—H2O и NaCl—MgCl2— H2O. Как и в предыдущем случае, включения с температурой плавления эвтектики равной —35 °С встречаются редко (2 замера). Концентрация солей в пересчете на NaCl равна 0— 16.5 вес. %. Включения в кристаллах горного хрусталя содержат растворы с температурой плавления эвтектики -23 °С, что может соответствовать солевой системе NaCl—KCl—H2O. По литературным данным известно, что в кварце, генетически связанным с золоторудной минерализацией, часто встречаются включения, содержащие жидкую углекислоту [6, 7]. Жидкая углекислота очень хорошо диагностируется при замораживании включений. Нами в процессе работы было проведено множество таких экспериментов. Включения с жидкой углекислотой обнаружены не были.
Кальцит. Для кальцита наиболее характерны двухфазовые включения с объемом газовой фазы до 5 об. % (рис. 1, д). Температура гомогенизации и расчетное давление минералообразующей среды отличаются меньшими значениями, чем в кварце. При замораживании включений было установлено, что температура плавления эвтектики равна -35 °С, что соответствует
такой солевой системе, как КаС1— М^С12—Н20. Концентрация солей в пересчете на №С1 около 15 вес. %.
Эпидот. Для эпидота наиболее характерны однофазовые включения, реже встречаются включения с содержанием газовой фазы до 5 об. % (рис. 1, г). Температура гомогенизации и расчетное давление минералообразующей среды отличаются меньшими значениями, чем в кварце и кальците. Это связано с тем, что эпидот является наиболее поздним из всех изученных нами минералов. Он был сформирован на заключительном этапе ми-нералообразования, для которого характерны пониженные температуры и давления. При замораживании включений было установлено, что температура плавления эвтектики равна -35 °С, что может соответствовать такой солевой системе, как №С1—М^С12— Н20. Концентрация солей в пересчете на №С1 равна 6—11 вес. %.
Аксинит. Этот минерал характеризуется наиболее низкими температурами гомогенизации включений. Но по времени образования он является более ранним, чем все исследованные нами минералы. Возрастные взаимоотношения отчетливо устанавливаются по пересечению аксинита прожилками кварц-кальцит-эпидото-вого состава. По нашему мнению он является наиболее древним жильным минералом и связан с внедрением даек долеритов леквожского комплекса раннеордовикского возраста. В связи с тем, что включения в аксините очень малы, а пластинки почти не прозрачны, мы не смогли провести более детальное исследование газовожидких включений.
Изучение газового состава методами хроматографии и КР
Важнейшим компонентом минералообразующих систем являются газы. Их состав, соотношения с водой зависят от температурного режима минералообразования, литологического состава вмещающих пород, гипсометрического уровня рудного тела и других факторов. Многие авторы [8, 9] указывают на возрастание газо-насыщенности флюидных растворов на глубине и увеличение содержания С02 в составе газово-жидких включений в золоторудном кварце и самородном золоте. В целом, газовый состав золоторудного флюида достаточно прост и характеризуется, в основном, азотно-углекислым составом. Такие газы, как метан и окись углерода, содержатся в незначительных количествах. 0бычно наблюдается заметное увеличение содержания азота по мере приближения к поверхности рудных тел, которое, возможно, говорит об участии в формировании рудных тел инфильтрационных вод глубинной циркуляции [10]. Повышение содержаний С02 и СН4 при незначительных содержаниях азота свидетельствует об относительно глубинном происхождении минералообразующих растворов. В то же время, соотношение С02/СН4 также существенно отличается на разных гипсометрических уровнях. Замечена тенденция его уменьшения с глубиной. Это отношение также характеризует окислительно-восстановительный потенциал флюида [11]. С уменьшением глубины наблюдается увеличение содержания Н20 во включениях, что сви-
Т а б л и ц а 2
Валовый состав газов во включениях, мкг/г
Тип жил, количество замеров Н N2 СО СН4 СО, Н20 2
Незолоторудные 20 замеров 0.00-0.22 0.03 0.00-0.51 0.17 0.00-1.21 0.18 0.06-0.60 0.21 0.70-9.16 2.82 11.60-1508.42 304.80 12.74-1518.17 308.24
Золоторудные 6 замеров 0.00-0.39 0.18 0.00-1.49 0.44 0.33-0.75 0.56 0.12-0.65 0.37 3.37-12.9 6.65 600.00-2762.00 1627.00 606.36-2766.67 1411.70
Примечание. Над чертой — интервал значений, под чертой — среднее значение.
детельствует об активном участии ин-фильтрационных вод в гидротермальном процессе. Изменение соотношения С02 и Н20 наблюдаются и при переходе непродуктивных минеральных ассоциаций к продуктивным. Наиболее высокие значения соотношения С02/Н20 характерны для продуктивных стадий.
Нами методом газовой хроматографии был изучен валовый состав газов во флюидных включениях (табл. 2). В результате изучения установлено, что включения в золоторудном и незолоторудном кварце преимущественно водные, как это уже было отмечено при визуальном наблюдении. Соотношение С02/Н20 для золоторудного кварца — 0.004, для незолоторудного — 0.009, что абсолютно не характерно для кварца, генетически связанного с золоторудной минерализацией. Например, для кварца рудопроявления Синильга, которое находится на Приполярном Урале и генетически связано с золоторудной минерализаций, это соотношение в среднем равно 1.43. Кроме того, для кварцево-золоторудной минерализации обычно характерно повышенное содержание азота. Например, в золоторудном кварце Си-нильги это содержание в среднем составляет 6.1 мас. %. В золоторудном кварце изученных объектов содержание азота в среднем составляет
0.03 мас. %, в незолоторудном — 0.05. 0бычно это нехарактерно для кварца, генетически связанного с золоторудной минерализацией. Как правило, золоторудный кварц отличается повышенной флюидонасыщенностью. Стоит отметить, что золоторудный кварц на данной территории по срав-
нению с незолоторудным тоже отличается повышенной флюидонасыщенностью, которая равна в среднем 1412 мкг/г. (для незолоторудного — 308 мкг/г). Но это никак не может быть связано с процессом отложения золота, т. к. вызвано повышенным содержанием воды во включениях. Это явление можно объяснить тем, что формирование кварцевых жил происходило по сильно трещиноватым породам. В результате резкого перепада давления и температур, связанного с трещиноватостью, происходил захват большого количества включений. Таким образом могли захватываться сингенетичные преимущественно водные включения. Кроме того, в данном кварце наблюдается большое количество эпигенетичных включений. Их формирование, вероятно, тоже связано с тем, что рудные тела приурочены к интенсивно катак-лазированным зонам. Повышенное количество включений может быть связано именно с процессами залечивания трещин, образовавшихся в результате тектонических подвижек.
Известно, что в кварце, генетически связанном с золоторудной минерализацией часто встречаются однофазовые включения, которые содержат в себе газ. Особенно часто в
таких включениях встречается углекислый газ. Реже наблюдается метан и азот. В процессе визуального наблюдения нами были выделены несколько однофазовых включений в золоторудном и незолоторудном кварце, которые похожи на газовые включения. Они были изучены методом Раманов-ской спектроскопии. Проведенные исследования установили, что этих газов во включениях нет, все они оказались пустыми (вскрытыми).
Изотопные исследования
Для определения условий формирования жильных образований на ру до проявлении Верхненияюское-1 и месторождении Верхненияюское-2 нами был изучен изотопный состав кислорода и водорода, воды и кислорода и углерода углекислого газа флюидных включений в безрудном жильном кварце, а также кислорода и углерода кальцита, выполняющего гнезда в кварцевых жилах. Результаты исследований приведены в табл. 3 и 4.
Согласно прямым наблюдениям и расчетным данным по изотопному составу кислорода, водорода и углерода изученных фаз, вода, формировавшая как кварцевые, так и кальцитовые жилы имела преимущественно метео-генное (инфильтрационное), либо
Т а б л и ц а 3
Результаты изотопных масс-спектрометрических исследований водной и газовой фаз газово-жидких включений из нерудного кварца
Номер Изотопный состав, %с
пробы 5пС(С02)** 6180(С0,)* 5180(С02)** 50(Н20)*
545 нет СО, -92
550 -4.3 + 10.0 -20.5 -106
533 -4.2 + 10.1 -20.4 -105
531 -4.2 + 10.2 -20.3 -102
* 0тносительно БМОШ. ** 0тносительно РББ.
Т а б л и ц а 4
Результаты карбонатного анализа и изотопных масс-спектрометрических исследований 13С и 180 в кальците
Пробы Химический состав, мае % Изотопный состав, %о
О о СаО N^0 МпО РеО РА РА общ НО X 813С РОВ 5180 8МО\У
СН 1 42.78 54.7 <0.5 0.21 <0.25 <0.005 0.17 0.58 98.44 -15.8 + 11.5
СН 14 43.26 54.4 <0.5 0.32 <0.25 <0.005 0.17 0.64 98.76 -13.0 + 11.4
СН 50 37.88 47.8 н/о 0.89 0.77 0.014 1.01 10.74 98.28 -11.0 + 12.2
СН 99 42.69 54.0 <0.5 0.15 <0.25 <0.005 0.05 3.74 99.82 -10.9 + 11.8
морское происхождение, при этом как источник воды для разных этапов гидротермальной деятельности, так и источники углекислоты были различны. Изотопный состав углерода углекислого газа в ГЖВ кварца отражает глубинный источник его поступления. При формировании кальцитов в углеродсодержащих фазах гидротермальных растворов в значительном количестве присутствовал углерод корового биогенного происхождения.
Выводы
Очень широкие интервалы температур гомогенизации сингенетичных включений, давления минералообра-зущей среды, солености минералообразующих растворов свидетельствуют о длительности процесса образования жильного кварца, что характерно для гидротермально-метаморфогенных образований. На заключительном этапе минералообразования на фоне снижения температуры и давления наблюдается формирование прожилков и гнезд, состоящих из кальцита и эпидота. Этот вывод подтверждается полевыми наблюдениями возрастных взаимоотношений этих минералов в составе кварцевых жил.
Согласно прямым наблюдениям и расчетным данным по изотопному составу кислорода, водорода и углерода изученных фаз, вода, формировавшая как кварцевые, так и кальцитовые жилы имела преимущественно метео-генное (инфильтрационное), либо морское происхождение. Изотопный состав углерода углекислого газа в ГЖВ кварца отражает глубинный источник его поступления. При формировании кальцитов в углеродсодержащих фазах гидротермальных раство-
ров в значительном количестве присутствовал углерод корового биогенного происхождения.
По мнению Л. И. Ефановой, на изученной площади развит золотокварцевый тип оруденения. В то же время, в результате проведенных термобарогеохимических исследований подтверждений этому пока не найдено. Нами не найдены включения, которые обычно встречаются в золоторудном кварце. По мнению других авторов, кварцевая минерализация вероятно сформировалась позднее. 0бразование кварцевых жил происходило по тектонически ослабленным зонам, в том числе и по сильно катак-лазированным породам, содержащим золоторудную минерализацию. Тем не менее в некоторых шлифах видно, что образование кварца, в некоторых случаях, происходило одновременно с рудной минерализацией. Вполне возможно, что была другая генерация кварца, слабо сохранившаяся, но процессы катаклазирования пород, которые на данных проявлениях развиты очень широко, разрушили первичную информацию. Для окончательного решения вопроса о формировании золоторудной минерализации в районе необходимы дополнительные исследования.
Работа выполнена при поддержке гранта Президента РФ «Ведущие научные школы»НШ-7198.2010.5, Программы ОНЗ РАН № 2 (09-Т-5-1015) и Интеграционного проекта ОНЗ РАН № 5 (09-С-5-1022).
Литература
1. Ткачев Ю. А., Пунегов А. И. Разделение смеси распределений на две нормальные компоненты. Сыктывкар: Гео-
принт, 1986. 31 с. 2. Борисенко А. С. Определение карбонатов и бикарбонатов натрия в растворах газово-жидких включений методом криометрии // Минералогия эндогенных образований (по включениям в минералах). Новосибирск, 1975. Выт. 2. С. 98—105. 3. Стырикович М. А., Хайбуллин И. X. Диаграммы фазовых равновесий системы NaCl—H2O // Докл. АН СССР, 1956. Т. 109. С. 962—965. 4. Potter R. V. Pressure correction for fluid-inclusion homogenization temperatures, based on the volumetric properties of the system NaCl— H2O. U. S. Geol. Survey J, 1977. Res., 5. P. 603—607. 5. Реддер Э. Флюидные включения в минералах. М., 1987. Т. 1. 558 с.
6. Попивняк И. В. Основные термобарогеохимические критерии прогнозирования и оценки золотого оруденения // Термобарогеохимия золота. Львов: Свит, 1995.
7. Сокерина Н. В. Флюидный режим формирования жильного кварца золоторудных объектов Приполярного Урала (по данным изучения газово-жидких включений). Сыктывкар: Геопринт, 2003. 19 с.
8. Андрусенко Н. И., Адрианова С. И. Особенности формирования месторождений золота различных глубин и рудных формаций // Теория и практика термобарогеохимии. М.: Наука, 1978. С. 143—151. 9. ДолговЮ. А., ТомиленкоА. А., ГибшерН. А. Флюидный режим формирования и термобарогеохимические критерии золотоносности кварцевых жил в метаморфических породах // Термобарогеохимия минералообразующих процессов. Новосибирск, 1990. С. 7—19. 10. Павлунъ Н. Н. Газометрические модели // Термобарогеохимия золота. Львов: Свит, 1995. С. 189— 191. 11. Палъмова Д. Г., Копнева Л. А., Иванов П. А., Прусаков А. М. Физико-химическая характеристика золотоносных растворов // Теория и практика термобарогеохимии. М.: Наука, 1978. С. 101—106.
