CC BY
24
Серия «Науки о Земле»
2009. Том 1, № 1. С. 144-159
Онлайн-доступ к журналу: http://isu.ru/izvestia
Иркутского
государственного
университета
И З В Е С Т И Я
УДК 549. 07
Физико-химическая модель месторождений Балейского золоторудного района
В. А. Скворцов, В. П. Рогова
Аннотация. Впервые на основе детального минералого-петрографического картирования с применением рентгеновского количественного фазового анализа ме-тасоматитов и руд, изучения состава флюида построена физико-химическая (термодинамическая) модель формирования метасоматической зональности и руд месторождений Балейского золоторудного района. По термодинамическим параметрам (Т, Р, рН, ЕИ) и химическому составу минералов переменного состава (монтмориллонитам, иллитам, селадонитам, хлоритам и др.), составу флюида устанавливается глубина эрозионного среза всей метасоматической колонки и развивающегося в ней оруденения. Физико-химическая модель позволяет прогнозировать и искать месторождения, не выходящие на земную поверхность.
Ключевые слова: золоторудные месторождения, рентгеновский количественный фазовый анализ минералов, физико-химическое (термодинамическое) моделирование рудообразования.
Введение
Балейский золоторудный район расположен в центральной части Восточного Забайкалья.
Отдельные этапы его изучения отражены в работах [1, 9], где на основе минералого-петрографических исследований изложены основные черты геологического строения, минеральный состав и особенности генезиса. По результатам анализа газово-жидких включений в кварце [8] и геохимии газов [4] получены первые данные о температурной зональности рудного поля.
Но как показала практика изучения газово-жидких включений в минералах на многих месторождениях [5, 6, 7, 10], они не дают истинную картину о физико-химических условиях образования минералов по следующим причинам. При разбраковке включений нередко возникает их частичная разгерметизация, обусловленная сквозьрешетчатой диффузией протонов, возникающих при диссоциации воды [2]. Утечка протонов из включений при сверхкритических температурах гомогенизации изменяет первичный состав самих включений и препятствует получению достоверной исходной информации.
Учитывая недостатки прежних методов, применяемых при установлении температуры образования минералов, необходимо провести уточнение и определение физико-химических условий формирования золоторуд-
ных месторождений Балейского рудного района с помощью новых более совершенных методов. Одним из таких методов в настоящее время является физико-химическое моделирование природных процессов минералообра-зования на ЭВМ [3, 12] по модифицированной программе Селектор [11].
В результате проведенного нами в Балейском рудном районе площадного минералого-петрографического картирования масштаба 1 : 200 000 -1 : 50 000 с применением рентгеновского количественного фазового анализа в породах и рудных телах впервые выявлены региональные разновозрастные эпигенетические изменения, уточнены локальные, определены термодинамические условия их формирования, построена физикохимическая модель.
Минеральные ассоциации
На территории рудного поля развиты региональные полихронные гидротермально-метасоматические изменения фельдшпатит-грейзен-бе-резитовой, фельдшпатит-пропилит-березитовой и фельдшпатит-аргилли-зитовой формаций (рис. 1).
Древние (нижний палеозой) минеральные ассоциация фельдшпатит-пропилит-березитовой формации закартированы в западной части площади в кристаллических сланцах, в пределах влияния субмеридионального разлома. В зонах дробления и милонитизации отмечена кварц-альбит-цоизитовая минеральная ассоциация, а в участках брекчирования кварц с цоизитом и альбитом цементируются кварцем с эпидотом и актинолитом, которые фиксируются также и в верхне-палеозойских гранитоидах.
Брекчии с полихронными парагенезисами пропилитов пересекаются прожилками, а участками цементируются кварц-эпидот-хлоритовыми и хлорит-карбонатными пропилитами, развитыми также и в мезозойских образованиях.
Фельдшпатит-грейзен-березитовая домезозойская ассоциация минералов установлена как в ксенолитах кристаллических сланцев (нижний палеозой), так и в верхнепалеозойских гранитоидах. Наиболее ранней ассоциацией является кварц-калишпатовая. Ксенолиты кристаллических сланцев неравномерно калишпатизированы, участками ортоклаз пользуется преобладающим развитием и составляет более 40 % от всей массы породы, степень моноклинной упорядоченности его AZ составляет - 0,7-0,8.
Порода участками приобретает сиенитовый облик. По пелитизиро-ванному ортоклазу вблизи разломов метасоматически развивается олигок-лаз. Содержание его колеблется в широких пределах до 40-50 % и более, порода приобретает диоритовый облик. В восточной части площади оли-гоклаз замещается новообразованным калишпатом, микроклином или водянопрозрачным ортоклазом, в породе увеличивается количество кварца до 30 % и более, происходит гранитизация по сиенитам и диоритам. В зонах влияния северо-восточных нарушений увеличивается количество кварца, биотит замещается мусковитом, в небольших количествах появляется гранат, происходит региональная грейзенизация вмещающих пород, сопровождающаяся кварц-серицитовыми березитами.
1КМ 0 4 1 3 А 5кк
ь________I_________I_________1_________г I I
Ю И5 ^ Ш5 ПШ‘ Е17 Ш* |у "I9 Е +11а ЕЕИи 03,! Е *I13 ЕзЭм ЭЮ15
Рис. 1. Схема размещения минеральных ассоциаций в Балейском рудном поле.
1-6 - мезозойские минеральные ассоциации: 1 - кварц-каолинит -
монтмориллонит-иллитовая (со смешанослойными минералами иллит-монтмориллонит); а) существенно кварц-каолинитовая (± монтмориллонит); б) существенно иллитовая (± монтмориллонит); 2 - кварц-серицитовая; 3 - кварц-монтмориллонит-хлорит-карбонатная; 4 - кварц-эпидот-хлоритовая; 5 - кварц-мусковитовая; 6 - кварц-биотитовая. Вмещающие породы: 7 - конгломераты каменской свиты; 8 - меловые осадочно-вулканогенные породы; 9 - юрские осадочновулканогенные породы шадоронской серии; 10 - позднеюрский субвулканический комплекс; 11 - гранитоиды борщевочного комплекса; 12 - гранитоиды ундинского комплекса: а) массивные, б) гнейсовидные; 13 - метаморфические породы, кристаллические сланцы, кварциты; 14 - тектонические нарушения: 1 - Борщевочный, 2 - Главный сброс, 3 - Дутурульский, 4 - Каменский, 5 - Отмаховский, 6 - Диагональный, 7 -Аэродромный, 8 - Контактовый, 9 - Срединный, 10 - Тасеевский; 15 - месторождения золота: I - Балейское, II - Тасеевское, III - Средне-Голготайское
Мезозойские минеральные ассоциации фельдшпатит-пропилит-березитовой формации развиты в вулканогенно-осадочных образованиях верхней юры и в палеозойских гранитоидах в зонах влияния разломов северо-восточного направления. Пропилитам предшествует образование мелкочешуйчатого биотита и метасоматических выделений плагиоклаза андезин-анортитового состава, образующих ореолы в палеозойских грани-тоидах размером десятки квадратных метров, возможно, над невскрытыми эрозией небольшими штоками основных пород.
Мезозойские фельдшпатит-грейзен-березитовые минеральные ассоциации развиты повсеместно, наиболее интенсивно в зонах влияния северо-восточных разломов. В составе грейзен-березитовой ассоциации иногда присутствуют литийсодержащие слюды и турмалин. Верхнеюрские нижнемеловые минеральные парагенезисы фельдшпатит-аргиллизитовой формации проявлены повсеместно, но наиболее интенсивно развиты в узлах сочленения субмеридиональных и северо-восточных нарушений. Слоистым минералам предшествует выделение санидина (степень моноклинной упорядоченности AZ 0,2-0,3), замещающего все ранее образованные минералы. Интенсивно и широко проявлены кварц, каолинит, иллит, монтмориллонит, которые образуют ореолы, имеющие зональное строение. Во внутренних частях ореолов преобладает кварц-каолинитовая ассоциация, сменяющаяся к периферии иллитовой и смешанослойными минералами иллит-монтмориллонитом, хлорит-монтмориллонитом. В цементе верхнемеловых конгломератов преобладает иллит.
В ореолах аргиллизации развиты жилы и прожилки разновозрастного кварца, адуляра, кальцита, манганкальцита, в меньшей степени доломита и сидерита.
Особенностью Балейского рудного поля является устойчивая зональность домезозойских и мезозойских гидротермально-метасоматических образований. Повышенные содержания золота установлены в разновозрастных ореолах пропилитизации, грейзенизации, березитизации. Месторождения золота, формирующиеся в палеозойских породах, приурочены к зонам дробления с полихронными гидротермалитами грейзен-бере-зитовой, пропилит-березитовой, аргиллизитовой формаций; месторождения золота в верхнеюрских-нижнемеловых образованиях образуются в зонах дробления с гидротермалитами аргиллизитовой формации.
В домезозойских и мезозойских березитизированных и аргиллизиро-ванных гранитоидах формируется Средне-Голготайское месторождение, в зонах аргиллизации непосредственно в вулканно-осадочной толще - Тасе-евское и на контакте её с гранитоидами - Балейское. Для каждого из них, в зависимости от эрозионного среза описанных ранее формаций, выделены преобладающие типы локальных метасоматитов (табл. 1) и установлена связь с ними оруденения.
Физико-химическая модель
Для выявления термодинамических условий формирования метасо-матитов была собрана физико-химическая модель И-С-К-Р-Ка-Л1-81-8-C1-K-Ca-Fe-Cu-Zn-As-Ag-Sb-Au-Pb-O. Проведенные расчеты при температурах от 500 до 100 °С с разными давлениями позволили определить некоторые параметры образования основных типов метасоматитов и оруденения (рис. 2) (номера метасоматитов в табл. 1 и на рис. 2 совпадают).
На месторождении Средне-Голготайском развиты гидрослюдисто -кальцит-кварцевые метасоматиты с золотом, пиритом и халькопиритом. Среди распространенных в районе других типов метасоматитов формирование их начинается в начале становления рудного узла в режиме изменения температур от 500 до 100 °С и интервале pH от 2 до 8, отражая, таким образом, наиболее ранние по времени образования минеральные ассоциации (рис. 2, 1).
При температуре 500 °С и давлении 100 бар в направлении от контакта жил во вмещающие породы развиваются два последовательно происходящих процесса: окварцевание при pH выше 3, тремолитизация при pH около 5. В жилах при pH выше 2 устойчива ассоциация золота с серебром и сульфидами (арсенопиритом, антимонитом и галенитом).
Когда температура 400 °С и давление 100 бар, окварцевание и тремолитизация в породах начинают фиксироваться при близких значениях pH (близких к 5), а при pH 6 происходит смена тремолита актинолитом. В составе флюида золотосодержащие комплексы при температуре 500-400 °С не наблюдаются. В жиле в направлении от ее контактов к центру идет последовательное отложение рудных минералов: образуется кварц-золото-сульфидная ассоциация. Наличие в парагенезисе с золотом пирита и халькопирита свидетельствует (в соответствии с материалами предыдущих исследователей) о том, что формирование минералов могло проходить на глубинах, превышающих 500 м.
Если температура 300 °С и давление 100 бар, в гидротермально-измененных породах при относительно близких условиях (pH выше 6) развивается кальцитизация и окварцевание. В жилах при pH выше 5 фиксируется ассоциация арсенопирита с халькопиритом, серебром и антимонитом. По сравнению с предыдущей ассоциацией в жилах отсутствует галенит. Далее с увеличением щелочности при pH 6 добавляется пирит и при pH выше 6 - сфалерит. Причем развитие последнего в жилах сопровождается кальцитизацией во вмещающих породах. Отсутствие здесь золота в ассоциации с сульфидами объясняется тем, что последнее переходит во флюид и фиксируется появлением в нем в значительных количествах золотосодержащих комплексов: АиШ°, ЛuH2S+, Ли2(Ш^2-, Ли(Ш)2, ЛuH2SHS°.
Таблица 1
Минеральный состав метасоматитов и руд
Минералы Месторождения
Средне- Голготайское Балейское Тасеевское
Содержания минералов в метасоматитах и рудах, %
1 2 3 4 5 6
Кварц 12 48,5 29 20 87 74
Калиевый полевой шпат 0,010 - 15 - - 0,010
Альбит 0,010 0,010 13 0,10 0,010 0,010
Гидрослюда (ил-лит-селадонит) 2 20,5 30 43 10 -
Каолинит - монтмориллонит - - - - - 20
Кальцит + доломит 10 12 12 33 2 0,010
Сидерит - - - 1 - -
Хлорит - - - 2 - 3
Золото 0,010 0,010 0,0002 0,0002 0,006 0,0002
Серебро 0,005 0,001 0,0002 0,0002 0,001 0,0002
Галенит 0,010 9 0,0010 0,010 0,001 0,0001
Сфалерит 0,010 9 0,0010 0,001 0,001 0,0001
Халькопирит 42 0,010 0,0002 0,0002 0,0002 0,0002
Пирит 33 - - - - 2
Арсенопирит 0,010 0,010 0,010 0,010 0,010 0,010
Антимонит 0,010 0,010 0,010 0,010 0,010 0,010
Минеральные ассоциации: 1 - гидрослюдисто-кальцит-кварцевая с золотом, пиритом и халькопиритом; 2 - кальцит-гидрослюдисто-кварцевая с золотом, галенитом и сфалеритом; 3 - доломит-кварц-гидрослюдистая с золотом, арсенопиритом и антимонитом; 4 -кварц-доломит-гидрослюдистая с золотом, арсенопиритом и антимонитом; 5 - доломит-гидрослюдисто-кварцевая с золотом, галенитом, арсенопиритом, антимонитом; 6 - хлорит-каолинит-кварцевая с золотом, арсенопиритом, антимонитом, пиритом.
При 200 °С, давлении 100 бар и pH выше 5 в жилах наблюдается устойчивый парагенезис арсенопирита и халькопирита, к которому с увеличением щелочности при pH 7 добавляются пирит, серебро, галенит и антимонит. Появление последних происходит одновременно с кальцитиза-цией вмещающих пород. Из золотосодержащих комплексов в растворе преобладают ЛиН8°, ЛиН28+.
Рис. 2. Физико-химические условия формирования метасоматической зональности и руд на месторождениях:
Средне-Голготайское (1 - гидрослюдисто-кальцит-кварцевые; 2 - кальцит -гидрослюдисто-кварцевые), Балейское (3 - доломит-кварц-гидрослюдистые; 4 -кварц-доломит-гидрослюдистые), Тасеевское (5 - доломит-гидрослюдисто-кварцевые; 6 - хлорит-каолинит-кварцевые)
А при температуре 100 °С и давлении 100 бар в условиях, приближающихся к поверхности, в гидротермально-измененных породах при pH 8 с увеличением щелочности развивается калий-железистый селадонит, при pH выше 8 - кальцит. В рудных жилах происходит зональное и последовательное отложение парагенезисов при pH 7 - пирита с халькопиритом, при pH свыше 7 - галенита и серебра, при pH 8 - арсенопирита и антимонита. Условия образования золота в жилах и селадонита в породах оказываются здесь близкими. Завершается минералообразование интенсивной кальцитизацией.
Анализ термодинамических условий формирования метасоматитов показывает, что основное золото в жилах отлагается преимущественно при температуре 500 °С и pH выше 2, а при температуре ниже 400 °С, при pH больше 3, на глубине 500 м. Связано оно со слабопроявленными грей-зен-березитовыми и березит-лиственит-пропилитовыми изменениями во вмещающих породах.
Формирование кальцит-гидрослюдисто-кварцевых метасоматитов с золотом, галенитом и сфалеритом на Средне-Голготайском месторождении по времени (в отличие от описанных выше) происходит позднее, при Т 500-100 °С, давлении 100 бар и pH от 2 до 6 (рис. 2, 2). Наиболее ранними гидротермальными изменениями на контакте с жилами являются окварцевание и альбитизация (Т = 500 °С, pH выше 10), которые в дальнейшем, при pH 9, сменяются калишпатизацией и тремолитизацией. И только с разрушением при pH 9 калиевого полевого шпата в породах появляется каолинит, а в жилах, в близких условиях, в ассоциации с арсенопиритом, антимонитом и галенитом - золото. При pH 8 оно становится неустойчивым и переходит в раствор, где преобладает Аи2(Ж)282 комплекс. В жилах в это время образуется парагенезис антимонита и галенита, а при pH ниже 9 устойчивым остается антимонит.
Когда температура минералообразования снижается до 400 °С зональность во вмещающих породах выглядит следующим образом: при pH 9 -тремолитизация, при pH 8 - хлоритизация и иллитизация. Одновременно с каждым из этих процессов в жилах происходит образование определенных парагенезисов: с иллитом, при pH 8 - галенита и антимонита, при pH выше 8 - золота и арсенопирита; с хлоритом, при pH ниже 9 - серебра и при pH 9 - сфалерита. Рудная ассоциация минералов: золото, арсенопирит, серебро, антимонит, галенит устойчива в жиле при pH выше 9, когда во вмещающих породах происходит последовательный цикл метасоматиче-ских процессов: кальцитизация, тремолитизация, хлоритизация.
При температуре 300 °С в гидротермально-измененных породах, при pH близким к 8, формируется ореол кальцитизации и в меньшей степени иллитизации. С иллитизацией связано образование галенита и антимонита, с кальцитизацией - золота, серебра и сфалерита. Но часть золота во время кальцитизации переходит в раствор, и тогда количество в нем золотосодержащих комплексов АиШ°, Аи8", Аи^Ш)^2", AuClOH - возрастает.
Когда минералообразование проходит на малых глубинах, при температуре 200 °С, зональность во вмещающих породах по мере приближения к жилам характеризуется сменой кальцитизации, начинающейся при pH 7, селадонитизацией при pH 8, окварцеванием при pH выше 8 и иллитизацией при pH ниже 9. Образование золота в данном случае связано с кальци-тизацией, серебра - с селадонитизацией. В растворе из золотосодержащих комплексов преобладает АиЖ°, Аи8- . Сульфидные парагенетические ассоциации: при pH 7 - галенит-антимонитовая и галенит-сфалеритовая. В целом наибольшее количество минералов в ассоциации галенит + сфале-
рит + антимонит + золото + серебро остается устойчивым при pH выше 8, когда во вмещающих породах идет последовательное телескопирование процессов иллитизации, окварцевания, селадонитизации и кальцитизации.
В приповерхностных условиях при температуре 100 °С зональность в гидротермально-измененных породах в направлении к жилам выражается в смене селадонита, образующегося при pH 8, кальцитом и далее с повышением рН больше 10 - иллитом. С каждым из них в жилах, в близких термодинамических условиях, происходит образование рудных парагенезисов.
Одновременно с селадонитом формируется галенит-сфалеритовый парагенезис, с кальцитом - золото-серебряный. В момент образования в жилах галенит-сфалеритового парагенезиса во флюиде фиксируются AuHS°, Аи8-, ЛuH2S+ комплексы, а когда в жилах появляется золото и серебро в растворе при pH более 8, остаются только АиШ°, AuS", при pH близком к 11 - AuS", АиСЮН.
Таким образом, золото в процессе формирования данных метасома-титов встречается в жилах на протяжении всего температурного интервала от 500 до 100 °С в тесной ассоциации с сульфидами. Но следует заметить, что если при температурах 500 и 400 °С золото содержится только в жилах, то при 300, 200 и 100 °С часть его постоянно переходит в раствор и количество его в жилах по мере приближения к поверхности уменьшается.
Доломит-кварц-гидрослюдистые метасоматиты с золотом, арсенопиритом и антимонитом типичны для Балейского месторождения и являются по времени образования одними из ранних, так как только в них в исходном составе отмечаются калиевый полевой шпат до 15 % и альбит до 13 % (табл. 2). Формирование их проходит при температуре от 500 до 100 °С, давлении от 100 до 500 бар и pH от 6 до 13 (рис. 2, 3).
По сравнению с метасоматитами Средне-Голготайского месторождения в разрезе они находятся «на ступеньку» выше и характеризуют следующие по вертикали уровни эрозионного среза рудных тел. При температуре 500 °С во вмещающих породах в направлении к рудным телам наблюдается зональность, выраженная в появлении следующих минералов: при pH близком к 7 - тремолит-актинолита, при pH 9 - каолинита, при pH 10 - калиевого полевого шпата, альбит-анортита, при pH 12 - кварца и при pH 13 - кальцита. Зональность фиксируется и в рудных телах от контакта к центру жилы: при pH 9 - непосредственно у контакта - арсенопирит, далее при pH более 9 в парагенезисе с арсенопиритом появляется антимонит, при pH 10 - серебро, при pH 11 - золото. Далее с повышением щелочности к центру жилы становится устойчивой вся ассоциация минералов: арсенопирит, антимонит, серебро, золото. Отложение минералов при формировании зональности в жилах и гидротермально-измененных породах происходит в близких термодинамических условиях: арсенопирита и антимонита с каолинитом, серебра с альбитом и золота с альбитом и кварцем. Имитация при моделировании давления от 100 до 500 бар при
температуре 500 °С к изменению рисунка зональности в жилах и породах не приводит. Наблюдаются лишь незначительные смещения зон по pH.
Когда температура минералообразования снижается до 400 °С, рисунок зональности меняется. Во вмещающих породах в направлении к жилам при pH выше 8 отмечается зона тремолита и калий-алюминиевого ил-лита, при pH больше 9 - зона кальцита, при pH 10 - кварца и при pH выше 10 - калиевого полевого шпата. В рудных жилах от контакта к центру при pH около 9 образуется парагенезис арсенопирита и антимонита, при pH выше 9 появляется серебро, и далее при возрастании рН - золото и галенит. Термодинамические условия формирования золота в жилах оказываются близкими к образованию во вмещающих породах кальцитизации, окварцевания и калишпатизации. Изменение давления здесь от 100 до 500 бар, как и в предыдущем случае, к нарушению рисунка зональности не приводит.
Когда температура минералообразования падает до 300 °С, зональность в гидротермально-измененных породах в направлении к жилам выглядит иначе: при рН выше 7 - тремолит, при рН 8 - калий-алюминиевый иллит, кальцит, доломит, сидерит и при рН 9 - кварц. Из карбонатов преобладает кальцит. В жилах зональность достаточно плотная, сжатая: при рН 8, вблизи контакта арсенопирит, во флюиде преобладают: АиЖ°, Ли8", Аи2(Ш)^2-, АиСЮ^комплексы; при рН 8 по направлению к центру появляется серебро и антимонит, в растворе преобладают АиСЮ^ Аи8"; при рН 9, когда в жилах отмечается золото, во флюиде остаются AuClOH и Аи8". Отложение золота в жилах здесь тесно связано с карбонатизацией и окварцеванием вмещающих пород.
При температуре 200 °С и давлении 100 бар золото переходит в раствор, где при рН 9 отмечаются AuH2S+, АиШ°, Аи8', Аи2(Ш)^2-, АиСЮ^ комплексы, при рН 8 - АиСЮ^, АиО№. В жилах при рН выше 8 фиксируется антимонит, во вмещающих породах при рН выше 7 - тремолит, при рН больше 8 - карбонаты (кальцит-доломит-сидерит) и при рН больше 9 - селадонит и калиево-алюминиевый иллит. Если давление повышается до 200 бар при температуре 200 °С, то антимонит в жилах и селадонит в гидротермально-измененных породах неустойчивы.
Когда процесс минералообразования приближается к поверхности и температура становится 100 °С, в жилах, в направлении к центру, проявляется зональность: при рН 9 образуется серебро, при рН более 9 - к серебру присоединяются галенит и антимонит, при рН 10 - золото и при рН более 10 - сфалерит. Во вмещающих породах по мере удаления от жил при рН до 9 развивается окварцевание, при снижении рН до 8 карбонати-зация (кальцит преобладает над доломитом), тремолит, калий-магний-железистая и калий-железистая разновидность селадонита.
Рассмотрев условия формирования доломит-кальцит-кварцевых мета-соматитов, становится очевидным, что золото образуется здесь в течение
двух разорванных по глубине, температуре и времени этапов: ранний этап при температуре 500-300 °С, поздний при 100-150 °С.
Кварц-доломит-гидрослюдистые метасоматиты с золотом, галенитом, арсенопиритом и антимонитом Балейского месторождения отличаются от описанных выше присутствием значительного количества гидрослюды и карбонатов. Формирование их происходило при температурах от 500 до 100 °С, давлении 100 бар и рН от 7 до 12 (рис. 2, 4).
При температуре 500 °С на глубине около 400 м (определенной по минеральным ассоциациям) во вмещающих породах по мере удаления от жил наблюдается зональность, обусловленная различной устойчивостью минералов в зависимости от кислотности-щелочности происходящих процессов. С понижением рН до 12 устойчив кальцит, до 11 - хлорит, до 10 -калиевый полевой шпат, до 9 - каолинит и до 8 - тремолит.
В жилах образование минералов происходит в более узком интервале рН (от контактов к центру): при рН выше 10 отмечается парагенезис арсенопирит + антимонит, при рН более 10 добавляется серебро, при рН ближе к 11 - золото и при рН более 11 - галенит.
Образование золота в жилах в ассоциации с сульфидами происходит на фоне кальцитизации, хлоритизации, калишпатизации и каолинизации вмещающих пород в близких термодинамических условиях.
Когда температура снижается до 400 °С, зональность в гидротермально-измененных породах в направлении к жиле выражается в проявлении: при рН выше 8 - иллитизации, с преобладанием калиево-алюминиевой разности иллита и хлоритизации, где доминирует магний-алюминиевая разновидность, при рН больше 8 - тремолитизации и при рН выше 9 - кальцитизации. В рудных телах от контакта к центру жилы при рН больше 8 отлагается парагенезис арсенопирит + антимонит, при рН 9 к нему добавляется серебро, галенит и золото. Золото с галенитом образуется в условиях близких с кальцитизацией.
При температуре 300 °С во вмещающих породах фиксируются две узких слабопроявленных зоны: при рН близком к 8 - кальцит-хлоритовая и при рН выше 8 - кальцит-хлорит-иллитовая, свидетельствующие при сопоставлении, по-видимому, на горизонте 366 м о надрудной части невыходящих на поверхность жил.
В том случае, когда температура минералообразования падает до 200 °С, в гидротермально-измененных породах отмечаются процессы тре-молитизации при рН выше 7, кальцитизации при рН ближе к 7, селадони-тизации при рН выше 8 и иллитизации, когда рН приближается к 9. В термодинамических условиях, близких с образованием селадонита, появляются антимонитовые прожилки.
В приповерхностных условиях, когда температура минералообразо-вания снижается до 100 °С, давление до 100 бар и рН изменяется в интервале от 9 до 11, во вмещающих гидротермально-измененных породах происходит зональное отложение новообразованных минералов: при рН близ-
ком к 9 фиксируется селадонит, при рН более 9 - тремолит с кальцитом и когда рН доходит до 11, отмечается иллит. В жилах при рН 10, в связи с кальцитизацией в породах, встречается ассоциация золото + антимонит + галенит, при рН более 10, к ней присоединяется серебро и при рН выше 10 -сфалерит.
В формировании рассмотренных метасоматитов отмечаются два, разорванных по температуре и глубине, этапа золотого оруденения: близпо-верхностный низкотемпературный малоглубинный при Т = 100 °С и высокотемпературный при Т = 500-400 °С, на глубине 400-300 м.
Доломит-гидрослюдисто-кварцевые метасоматиты с золотом, арсенопиритом и антимонитом характеризуют главным образом нижние уровни Тасеевского месторождения и отличаются от рассмотренных ранее высокими содержаниями кварца (до 87 %), невысокими (10 %) - гидрослюды и низкими (2 %) карбонатов. Формирование минеральных ассоциаций в ме-тасоматитах проходит при температуре от 500 до 100 °С, давлении 100 бар и рН от 8 до 11 (рис. 2, 5). При температуре 500 °С в гидротермально-измененных породах, по мере удаления от жил, наблюдается зональность: при рН от 11 и выше окварцевание, а при рН 10 развивается альбитизация, калишпатизация, до рН 9 - тремолитизация и ниже до рН 8 - каолинизация. В жилах зональность по рН фиксируется в достаточно узком интервале: при рН 9 и выше устойчива ассоциация золото + арсенопирит + антимонит, при увеличении рН к ней добавляется серебро. Образование золота в жилах происходит на фоне тремолитизации вмещающих пород. Количество золота, находящегося в растворе, ничтожно мало, из золотосодержащих комплексов присутствуют Аи3+ при рН 9 и Аи2(Ш^2- при рН 8.
Когда температура минералообразования снижается до 400 °С, зональность во вмещающих породах в направлении к жилам выглядит иначе: при рН выше 7 появляются иллит, тремолит, при рН больше 8 развивается окварцевание, когда рН 9 и выше образуется кальцит и при рН 10 -калиевый полевой шпат. В рудных жилах в приконтактовой части при рН 8 отлагается золото, антимонит, арсенопирит, серебро и галенит. Образование золота в жилах происходило в термодинамических условиях близких с иллитом и тремолитом во вмещающих породах. Во флюиде из золотосодержащих комплексов присутствует Аи3+. При температуре 300 °С во вмещающих породах в направлении к жиле при рН выше 7 развивается тремолит, при рН, приближающемся к 8 - иллит, кварц и выше - кальцит и селадонит. В жилах с увеличением рН от 7 устойчива ассоциация золото + серебро + арсенопирит, от рН 8 к ней добавляется антимонит и галенит. Образование парагенезисов с золотом происходит, как и в предыдущем случае, при физико-химических условиях близких к иллиту и тремолиту.
Наличие во флюиде большого количества комплексов АиСЮН, АиО№, AuH2S+, АиШ°, AuS", Аи2(Ш^2- и др. свидетельствует о перераспределении золота из твердой фазы в раствор и приводит к снижению его содержаний в рудных жилах.
Когда температура минералообразования становится 200 °С, зональность во вмещающих породах, в направлении к жилам, проявляется в развитии при рН более 7 тремолита, при рН больше 8 карбоната, селадонита и иллита. В рудных жилах при рН 8 у контакта образуется ассоциация золота с серебром и антимонитом, которая к центру при повышении рН дополняется арсенопиритом. Физико-химические условия формирования рудного парагенезиса с золотом и кальцитизации во вмещающих породах оказываются близкими. В растворе при этих условиях преобладают такие золотосодержащие комплексы, как ЛиСЮН, АиО№, ЛuH2S+, АиШ°, AuS", Аи2(Ш)^2\ свидетельствующие о том, что баланс золота в твердой и жидкой фазах постоянно нарушается, особенно при относительно невысоких (200-300 °С) температурах.
В близповерхностных условиях при температуре 100 °С от контакта жил в сторону вмещающих пород отмечается зона иллитизации до рН 11, кальцитизации и доломитизации до рН 9, тремолитизации до рН 8 и села-донитизации.
В рудных жилах вблизи контакта отлагается парагенезис золота с серебром при рН 8, с повышением рН добавляется галенит и антимонит, а при рН 10 и сфалерит. Отложение золота в жилах идет на фоне тремолити-зации гидротермально-измененных пород в близких термодинамических условиях. Количество золотосодержащих комплексов во флюиде, по сравнению с температурой 200 °С, уменьшается, преобладают только AuS", ЛиШ°, ЛuH2S+.
Хлорит-каолинит-кварцевые метасоматиты с золотом, арсенопиритом, антимонитом и пиритом широко развиты в верхней части разреза Та-сеевского месторождения и фиксируются около жил по отдельным рудным зонам (например, первой по данным В. Д. Пампуры и др.) до горизонта 216-266 м. В составе их, по сравнению с предыдущими, отмечается до 20 % каолинита, около 3 % хлорита. По отношению ко всем рассмотренным ранее метасоматитам, они по времени образования являются наиболее поздними и характеризуют завершающие стадии метасоматического процесса преобразований в Балейском золоторудном районе. Формирование их, также как и всех предыдущих, мы рассматриваем в интервале от 500 до 100 °С, при давлении от 200 до 100 бар и рН от 7 до 11 (рис. 2, 6).
При температуре 500 °С и давлении 200 бар в гидротермально-измененных породах при рН выше 7, а при давлении 100 бар и рН 8 развивается ореол каолинитизации. Когда температура снижается до 400 °С, при давлении до 200 бар во вмещающих породах, при рН выше 8 - илли-тизация, при рН 8 отмечается каолинизация, при снижени рН - монтмо-риллонитизация. В том случае, когда при температуре 400 °С, давлении 100 бар, зональность в околорудно-измененных породах характеризуется развитием новообразованных минералов: при рН выше 8 - иллита, монтмориллонита и каолинита. На фоне этих метасоматических преобразований в породах образуются жилы и прожилки с арсенопиритом.
При температуре 300 °С и давлении 100 бар во вмещающих породах количество зон сокращается: при рН выше 8 фиксируется иллит, когда рН превышает 8 - иллит, монтмориллонит. В рудных жилах при рН 8 и выше устойчивы арсенопирит, антимонит. Во флюиде отмечаются золотосодержащие комплексы AuS", АиШ°, AuH2S+, AuClOH", Au2(HS)2S2".
Когда температура процесса минералообразования снижается до 200 °С, зональность в гидротермально-измененных породах отражается в развитии при рН близком к 8 - иллита, при рН больше 8 - хлорита, когда рН приближается к 9 - наблюдается кварц, при рН выше 10 появляется монтмориллонит, а затем с увеличением рН - каолинит. В жилах в направлении от контакта к центру, с увеличением рН, происходит последовательное отложение минералов: при рН близком к 8 - арсенопирита, антимонита, при рН выше 8 - галенита и при рН больше 9 - серебра. Образование последнего происходит в связи с развитием в породах окварцевания, а также монтмориллонитизации и каолинизации. Из золотосодержащих комплексов в растворе в это время отмечаются AuS", AuHS°, AuH2S+, АиСЮН, Аи2(Ш)^2-, Аи(Ш)2. При температуре 100 °С в близ-поверхностных условиях зональность в породах обусловлена развитием при рН выше 8 - окварцевания, при рН близком к 9 - иллитизации, при рН, превышающем 9 - тремолитизации и когда рН приближается к 10 и выше, появляется хлоритизация. В жилах при рН выше 8 в ассоциации с кварцем отмечается пирит, а с увеличением щелочности при рН 9 и выше арсенопирит и антимонит. В том случае, когда рН достигает 10, к предыдущему парагенезису добавляются сфалерит, галенит и серебро, при рН 11 -халькопирит. Все золото при этих условиях находится в растворе в виде комплексов АиШ°, AuH2S+, AuS", Аи(Ш)2-, Аи2(Ш)^2\
Заключение
Физико-химическая модель метасоматической зональности Балейско-го золоторудного района позволяет наметить дополнительные критерии и признаки для оценки перспективности площадей и установить в пределах их новые участки, где есть потенциальная возможность выявления слабо проявленного оруденения.
Признаками слабо проявленного оруденения являются широкое развитие среди эпигенетических изменений новообразованных метасомати-ческих минералов: андезин-анортита, санидина, кварца, селадонита, илли-та, монтмориллонита, анальцима, клиноптилолита, связанных с эксплозивными брекчиями трубок взрыва. Непосредственные расстояния до слабо проявленного оруденения определяется по РТ условиям для каждого конкретного случая. Верхние срезы устанавливаются по селадонит-кальцитовому парагенезису, образующемуся при рН от 8 до 10 и температурах 200-100 °С. Средние части колонок для различных типов метасома-титов фиксируются по парагенетическим ассоциациям кальцит + кварц, при рН 6; иллит + кальцит, при рН 8, при температуре 300 °С;
иллит + хлорит + монтмориллонит + каолинит, при рН 10, при температуре 200 °С; иллит + монтмориллонит + каолинит, при рН 7 и температуре 400 °С. Нижние срезы метасоматических колонок выявляются по парагенезисам: кварц + тремолит, при рН 4 и тремолит + полевые шпаты + кварц + каолинит, при рН 10-12 и температуре 500 °С.
Срезы метасоматической колонки могут быть также определены и по типохимическим компонентам флюида и их концентрации на соответствующих уровнях, при определенных физико-химических условиях.
Следовательно, предлагаемая нами физико-химическая модель мета-соматической зональности Балейского золоторудного района позволяет вскрывать и общие генетические закономерности рудных формаций, более целенаправленно проводить металлогенические построения, осуществлять прогнозирование скрытого и слабо проявленного оруденения на разных стадиях геологоразведочных работ, даже тогда, когда объем информации значительно ограничен.
Список литературы
1. Балейское рудное поле / ред. Н. П. Лаверов. - М. : ЦНИГРИ, ИГЕМ, 1984. - 269 с.
2. Волохов И. М. К оценке точности термобарогеохимических реконструкций условий образования магм и магматических минералов // Геология и геофизика. - 1975. - № 1. - С. 12-19.
3. Карпов И. К. Физико-химическое моделирование на ЭВМ в геохимии /
И. К. Карпов. - Новосибирск : Наука, Сиб. отд-ние, 1981. - 247 с.
4. Куликова Н. Н. Геохимия газов золоторудных месторождений Забайкалья /
Н. Н. Куликова. - М. : Наука, 1972. - 115 с.
5. Леммлейн Г. Г. Соответствует ли наблюдаемый современный объем
включения первоначальному // Докл. АН СССР. - 1950. - Т. 72. - С. 775-778.
6. Леммлейн Г. Г. Морфология и генезис кристаллов / Г. Г. Леммлейн. - М. : Наука, 1973. - 321 с.
7. Летников Ф. А. К вопросу о корректности применения хроматографических анализов при геохимических исследованиях // Геохимия. -1980. - № 1. -С. 54-157.
8. Ляхов Ю. В. О горизонтальной и вертикальной температурной зональности в пределах Балейского рудного поля // Минералогическая термометрия и барометрия. - М. : Наука, 1968.
9. Петровская Н. В. Геологическое строение, минералогия и особенности генезиса золоторудных месторождений Балейского рудного поля (Вост. Забайкалье) / Н. В. Петровская [и др.] // Тр. ЦНИГРИ. - 1961. - Вып. 45. - Ч. 1 - 97 с. ; Ч. 2. - 129 с.
10.Скворцов В. А. Физико-химический анализ процессов редкометалльного рудообразования в докембрии Саяно-Байкальской горной области / В. А. Скворцов. - Иркутск : Изд-во Иркут. гос. ун-та, 2008. - 283 с.
11. Чудненко К. В. Селектор - Windows. Программное средство расчета химических равновесий минимизацией термодинамических потенциалов (краткая инструкция) / К. В. Чудненко. - Иркутск : Ин-т геохимии им. А. П. Виноградова СО РАН, 2005. - 100 с.
\2.Karpov J. K. Modeling chemical mass-transfer in geochemical processes: Thermodynamic relations, conditions of equilibrida and numerical algorithms / J. K. Karpov, K. V. Chudnenko, D. A. Kulik // Amer. J. Sci. - 1997. - Vol. 297. -Р. 767-806.
Работа выполнена при поддержке гранта ФЦП 2009-1.1-154-069-005 «Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области географии и гидрологии суши».
Physical-chemical model of Baley gold ore region
V. A. Skvortsov, V. P. Rogova
Annotation. On the base of a detailed mineralogical and petrographic mapping with the use of X-ray guantitative phasic analysis of the metasomatic complex and ore deposits the as well as examination of composition of fluids a physical-chemical (thermodynamic) model for Baley gold ore region was created for the first time. The thermodynamic parameters (T, P, pH, Eh et al.), chemical composition of minerals (montmorilo-nites, illites, chlorites et al.), composition of fluid could determine the depth of metasomatic comples and gold ores. The physical-chemical model allow to prognosticate and hiccup ore deposits at depth.
Key words: gold deposits, X-ray guantitative phasic analysis of minerals, physical-chemical (thermodynamic) modeling of ore deposits.
Скворцов Валерий Александрович Рогова Вера Парфентьевна
доктор геолого-минералогических наук, доктор геолого-минералогических наук,
профессор профессор
Иркутский государственный университет Иркутский государственный университет Иркутск, ул. К. Маркса, 1 Иркутск, ул. К. Маркса, 1
географический факультет географический факультет
тел.: 38-72-91
