CC BY
31
УДК 553.411'576 (65) © Коллектив авторов, 2017
ФЛЮИДНЫЙ РЕЖИМ ФОРМИРОВАНИЯ ЗОЛОТО-КВАРЦЕВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ АМЕСМЕССА И ТИРЕК В АЛЖИРСКОЙ САХАРЕ
С.Г.Кряжев1,
С.В.Белов2,
П.А.Игнатов3,
Ю.В.Васюта1,
Э.Аули3
1 ФГУП Центральный научно-исследовательский геологоразведочный институт цветных и благородных металлов, г. Москва
2 ООО «ОЗГЕО», г. Москва
3 Российский государственный геологоразведочный университет им. С.Орджоникидзе, г. Москва
Признаки золотой минерализации в Алжирской Сахаре в юго-западной части докембрий-ского щита Ахаггар (Hoggar) впервые обнаружены французскими геологами в 50-х годах прошлого века. Однако лишь в 1970-1990 гг. после совместных работ российских и алжирских геологов был выявлен и разведан ряд золоторудных объектов. Наиболее значительное из них месторождение Амесмесса (Amesmessa) с запасами 60 т при среднем содержании Аи 18 г/т располагается в координатах 21о03'30" с. ш. и 2о29'25" в. д. В 50 км севернее находится месторождение Тирек (Т^ек) с запасами 15 т при среднем содержании Аи 25 г/т. Между ними известны более десяти рудопроявлений, локализующихся вдоль субмеридионального Восточно-Инуззальского регионального разлома. Все эти объекты входят в состав Ин-Уззальского золоторудного района.
Сведения о геологическом строении и особенностях локализации оруденения в Ин-Уззаль-ском золоторудном районе приведены в работах [1, 2]. Ключевой элемент структуры рудного района и месторождений Амесмесса и Тирек -региональная меридиональная взбросо-сдвиго-
Золоторудная минерализация в кварцевых жилах Ин-Уззальского района (щит Ахаггар, Алжирская Сахара) сформировалась при участии однотипных углекислотно-натриево-хлоридных растворов (6 мас. % экв. ЫаС\) в температурном диапазоне 290-320°С на глубинах ~7 км (месторождение Тирек) и 4,5 км (месторождение Амесмесса). Гетерогенность минералообразующей среды на всех уровнях рудоотложения была обусловлена избыточным количеством углекислоты, поступающей в систему из глубинного источника (513С=-7%о).
Ключевые слова: Ахаггар, Ин-Уззальский район, золоторудные месторождения, Амесмесса, Тирек, флюидные включения.
вая зона Восточно-Инуззальского разлома, которая делит его площадь на две части (рис. 1). Западная часть сложена архейскими ультраметаморфическими образованиями Инуззальской серии, в восточной части распространены ран-непротерозойские гранит-зеленокаменные толщи серии Арешшум. Ширина зоны разлома колеблется от нескольких сотен метров до двух километров. Породы здесь рассланцованы, ми-лонитизированы и подвергнуты бластезу. Главные рудовмещающие структуры месторождений Амесмесса и Тирек - параллельные шовной зоне Восточно-Инуззальского разлома крупные ско-ловые трещины. На месторождении Амесмесса они вмещают наиболее продуктивные золотоносные кварцево-жильные зоны, в которых сосредоточено ~75% всех запасов руд. Протяжённость жильных зон достигает 3 км при мощности от 2-3 до 25-30 м. Падение их крутое, западное. На глубину оруденение прослежено на первые сотни метров. Имеются и менее продуктивные оперяющие поперечные жилы востоко-северо-восточного направления. На месторождении Тирек последние распространены более широко.
N21=27' -
N2145' -
N21=03'
1 2
3
4
5
6
7
8
9
10
Е2°24'
Е2°33'
Рис. 1. Геологическая карта Ин-Уззальского золоторудного района:
1 - четвертичные отложения; протерозойские породы: 2 - гранодиориты, 3 - габбро, габбродиори-ты, 4 - гнейсы, гранитогнейсы; архейские породы: 5 - чарнокиты, 6 - гранулиты; 7 - милониты в зоне Восточно-Инуззальского разлома; 8 - разломы; 9 -месторождения золота; 10 - рудопроявления золота
Распределение золота в жилах весьма неравномерное, его содержания варьируют от десятых долей грамма до сотен грамм на 1 т. Наиболее золотоносны центральные части жил, где обычны содержания 10-40 г/т. Практически единственным минералом-носителем благородного металла в рудах является самородное золото. Сульфиды (пирит, халькопирит, пирротин, сфале-
рит) встречаются в виде редких гнёзд и просечек в массе кварца. В парагенезисе с самородным золотом находятся галенит, тетрадимит, висмутин и самородный висмут. Пробность золота по результатам рентгеноспектрального микроанализа 820-870%. Постоянные примеси - серебро (11,4-15,6%), ртуть (0,7-2,3%).
По данным структурных наблюдений величина вертикальной взбросовой составляющей оценивается в 5 м на 100 м длины Восточно-Иннузальского разлома. Исходя из этого и расстояния между месторождениями Амесмесса и Тирек 50 км, разница в эрозионном срезе между объектами определена в 2,5 км. С денудацией значительной части рудных тел на месторождении Тирек, вероятно, связаны значительно меньшие его масштабы.
Целью наших исследований являлось изучение физико-химического режима формирования золото-кварцевых месторождений Ин-Уззаль-ского района, которые уникальны для анализа условий рудообразования на разных гипсометрических уровнях единой гидротермальной палеосистемы. Основное внимание уделялось определению градиентов РТХ-параметров рудо-образующих флюидов на основе сравнения тер-мобарогеохимических характеристик на нижнем (месторождение Тирек) и верхнем (месторождение Амесмесса) уровнях рудной колонны.
Методика исследований. Для исследования флюидных включений из 15 образцов жильного кварца были изготовлены и изучены двусто-ронне-полированные пластины. Включения с размерами, позволяющими выполнить микротермометрические анализы, обнаружены в двух образцах: А-1 (жила № 9 месторождения Амесмесса), Т-2 (жила № 3 месторождения Тирек). Интересно, что только в этих образцах присутствовала обильная золоторудная минерализация. Остальные образцы содержат множество субмикроскопических (<5 мкм) включений, состав которых можно определить лишь методами валового анализа.
Валовый состав флюидных включений установлен в образцах кварца А-1 и Т-2, а также в образце Л-6, отобранном из золото-кварцевой жилы рудопроявления Ларджан ^а^'апе). Анализы выполнены по разработанной в ЦНИГРИ методике [6], которая предусматривала вскрытие включений путём нагревания пробы до 400оС, хроматографический анализ выделившихся га-
зов (Agilent 6890), приготовление двух водных вытяжек («рабочей» и «холостой») c последующим ионно-хроматографическим анализом анионов (ЦВЕТ 3006) и ICP MS анализом катионов и микроэлементов (Elan 6100).
Для анализа изотопного состава углерода флюидов кварц, содержащий углекислотные и углекислотно-водные включения, нагревали до 650оС в атмосфере кислорода. Полученный газ СО2 очищали и анализировали на масс-спектрометре МИ-1201. В качестве эталона использован международный стандартный образец REF-1 (аттестованное значение ô13CPDB=-31,6%o). Погрешность анализа не превышала ±0,5%.
Результаты исследований. Все проанализированные включения отчётливо вторичны по отношению к основной массе жильного кварца. Они «залечивают» протяжённые трещины, пересекающие края кристаллов. Вблизи выделений рудных минералов наблюдаются зонки развития кварца второй генерации, по отношению к которому флюидные включения первичны. Примечательно, что здесь же присутствуют микронные первичные включения самородного золота (рис. 2, 3). В одном случае выделение самородного золота наблюдалось на стенке флюидного включения (см. рис. 2, г). Указанные взаимоотношения свидетельствуют о том, что захват флюидных включений происходил одновременно с отложением минералов продуктивной ассоциации. Следовательно, изученные газово-жидкие включения содержат рудообра-зующие растворы, и их параметры могут характеризовать физико-химические условия формирования золотоносной минерализации.
По составу флюидные включения разделяются на два типа (табл. 1; см. рис. 2, 3): углекис-лотно-водные (тип LC) и углекислотные (тип С). Как известно [4], подобные ассоциации включений свидетельствуют о гетерогенном состоянии минералообразующей среды вследствие несмесимости воды и углекислоты при данных РТ-условиях.
Углекислота во включениях содержит незначительную (0-5%) примесь низкокипящих газов (СН4, N2), судя по температуре плавления CO2 (от -56,6 до -58оС). На месторождении Амесмесса (обр. A-1) плотность углекислотных включений ~0,71 г/см3 (гомогенизация происходит в жидкую фазу при +25±0,5оС). Во включениях из месторождения Тирек (обр. Т-2) присутствует зна-
чительно более плотная СО2 (0,84 г/см3, гомогенизация в жидкую фазу при +12,5±0,5оС). Угле-кислотно-водные включения содержат натрие-во-хлоридный раствор с небольшой примесью других катионов (Тэвт.=-21,5±0,5оС). Солёность растворов, определённая по температуре плавления газогидрата [8], ~6% NaCl-экв.
Данные валового анализа (табл. 2) полностью согласуются с результатами изучения индивидуальных включений. Выявлено, что во всех образцах содержатся натриево-гидрокарбонатно-хлоридные растворы умеренной концентрации (4-6 мас. % №С1). Количество примесей других катионов (К, Са, Mg) не превышает 1-2 мол. %. Фтор и сульфат-ион не обнаружены. В газовой фазе резко доминирует углекислота, содержание метана на 1-2 порядка ниже, другие углеводороды фиксируются в следовых количествах. Главные элементы-примеси во флюидах В, Sr и Ва.
Гомогенизация включений происходит путём растворения углекислоты в воде в интервале от 290 до 320оС. Поскольку флюид находится на линии двухфазного равновесия, температура гомогенизации включений соответствует температурам минералообразования.
Полученные результаты дают возможность использовать самый точный из всех существующих геобарометров, основанный на экспериментально установленных свойствах углекислоты [4]. По измеренной плотности СО2 в углекис-лотных включениях и температурах их захвата, определённых по температуре гомогенизации сосуществующих углекислотно-водных включений, давление при минералообразовании оценивается в 1,1-1,7 Кбар (ошибка определения не превышает 50-100 бар).
Обсуждение результатов. Идентичность состава и температур рудообразующих растворов на двух изученных месторождениях подтверждает мнение об их принадлежности к единой региональной гидротермальной палеосистеме. Выявленная разница давлений в 600 бар в условиях литостатического градиента соответствует расстоянию ~2,5 км по вертикали между уровнями локализации оруденения. Эта величина хорошо согласуется с результатами геолого-структурных наблюдений, что позволяет сделать вывод о формировании месторождения Тирек на глубинах ~7 км, месторождения Амесмесса - 4,5 км от палеоповерхности. Столь большой вертикальный размах оруденения определяет значительные
Рис. 2. Рудная минерализация и включения золотоносных растворов в кварце (месторождение Тирек, обр. Т-2):
а - парагенезис самородного золота (Аи) и сульфотеллурида висмута (В^е); б -ассоциация включений плотной углекислоты (СО2) и твёрдых включений рудных минералов; в - углекислотно-водные включения; г - углекислотное включение в отражённом (слева) и проходящем (в центре) свете, на внутренней поверхности вакуоли наблюдается выделение самородного золота; при снижении температуры до +12оС происходит разделение углекислоты на жидкую и газовую фазы (справа)
Рис. 3. Рудная минерализация и включения золотоносных растворов в кварце (месторождение Амесмесса, обр. A-1):
а - самородное золото (Аи) в парагенезисе с галенитом ^а) наложено на кварц и пирит (Ру); б - углекислотно-водные (Н2О-СО2) и углекислотные (СО2) включения в ассоциации с микровключениями галенита
1. Результаты микротермометрических исследований флюидных включений в кварце
Номера образцов Типы ГЖВ Температуры фазовых переходов, °С Параметры флюида
Тэвт. Тп ГГ Тп со2 Тго„. СО2 Тгом. хС02, мол. % ^ бар
Месторождение Амесмесса
А-1 LC -21,5±0,5 +6,8±0,2 -57,0 +29,4...+30,7 310-320 13-14 1100
C - - -58,0 +24,4...+25,6 - -
Месторождение Тирек
Т-2 LC -21,5±0,5 +6,8±0,2 -56,6 +13,7...+15,5 290-320 16-17 1700
C - - -56,6 +12,0...+13,0 - -
Примечание. LC - углекислотно-водные, С - углекислотные ГЖВ. В каждой группе проанализировано более 15 индивидуальных включений. Температуры: эвтектики (Тэвт.), плавления газогидрата (Тп ГГ), плавления углекислоты (Тп С02), гомогенизации углекислоты в жидкую фазу (Тгом. СО2), полной гомогенизации (растворение углекислоты в воде) (Тгом.). Давление захвата включений определено по методу В.А.Калюжного [4].
перспективы глубоких горизонтов месторождений данного типа. Вероятно, в значительной мере он был обусловлен термостатированностью рудоконтролирующей структуры, поскольку температурный градиент по результатам исследования флюидных включений не фиксируется. Однако возникает вопрос о механизмах массо-переноса при формировании руд. Плотность водно-солевого флюида (с учётом растворённой в нём СО2) на нижнем уровне системы составляла 1 г/см3, на верхнем - 0,95 г/см3. Следовательно, гидротермальные растворы находились не только в термостатированных, но и в гидродинамически застойных условиях.
Как показано выше, основная особенность рассматриваемой флюидной системы - её гетерогенное состояние, т.е. присутствие в углекис-лотно-водно-солевом растворе пузырьков менее плотной углекислоты. Известно, что скорость свободного всплытия микропузырьков газа в жидкостях по геологическим меркам чрезвычайно высока (миллиметры в секунду). Поэтому углекислотный флюид следует считать весьма подвижной субстанцией, которая могла осуществлять эффективный транспорт тех компонентов, которые преимущественно перераспределяются в газовую фазу. В технике подобный процесс пропускания газа через слой жидкости, называемый барботажем, широко используется в связи с высокой эффективностью межфазного перераспределения вещества благодаря большим межфазовым поверхностям в единице объёма среды. На реальность его протекания в рассматриваемом случае указывает, в частности, значительное накопление метана на верхнем уровне рудообразующей системы (см. табл. 2). В составе углекислотно-метановой газовой фазы могут мигрировать и рудные элементы, в том числе золото [5].
Наблюдаемое в углекислотно-водных включениях количество углекислоты (от 17 мол. % на месторождении Тирек до 13 мол. % на месторождении Амесмесса) отвечает пределу её растворимости при данных концентрациях №С1, Т и Р [7]. Следовательно, водно-солевой раствор оставался насыщенным в отношении СО2 на всех уровнях гидротермальной колонны, и уходящий вверх газ непрерывно восполнялся за счёт его поступления с более глубоких горизонтов. Длительное существование такой системы возможно только при наличии внешнего источника СО2.
2. Состав флюидных включений в кварце по данным валового анализа
Номера образцов А-1 Л-5 Т-2
Н20 в кварце, ррт 1175,5 1178,8 1317,2
Главные компоненты, г/кг Н2О
С02 178,69 86,07 214,65
СН4 6,00 1,40 0,86
С1 16,39 19,79 28,70
НСО3 25,99 36,76 30,94
Na 19,36 25,58 29,05
К 0,39 0,31 0,50
Са 0,49 0,65 0,85
Mg 0,21 0,19 0,11
Микроэлементы, мг/кг Н2О
В 556,5 1630,4 601,4
Li 0,1 0,4 0,3
^ 1,1 1,1 2,9
Sr 226,5 49,8 278,6
Ва 54,7 7,3 73,2
As 16,0 16,9 3,4
Sb 1,6 1,9 1,8
Си 1,0 0,6 0,4
Zn 19,4 0,1 14,6
РЬ 1,8 0,2 <0,1
Ag 0,2 0,7 0,3
Мольные отношения
Na/K 83 140 99
К^Ь 780 598 363
As/Sb 16 15 3
СО2/СН4 11 22 91
Для выяснения природы углекислоты выполнен изотопный анализ её углерода. Обнаружено, что флюидные включения в кварце образцов А-1 (Амесмесса) и Т-2 (Тирек) содержат углекислоту с идентичным значением 613С=-7%о, которое точно соответствует изотопному составу углерода эндогенной углекислоты [3]. Последняя входит в состав современных и древних магматических газов и, согласно существующим представлениям, имеет глубинный подкоровый источник.
В заключение отметим, что при той же концентрации и аналогичном составе солей флюидные включения в кварце рудопроявления Ларджан содержат в два раза меньше СО2 (см. табл. 2, обр. Л-5). Вероятно, дискретность рас-
пределения потоков СО2 вдоль рудоконтролиру-ющего разлома является главной причиной его неравномерной рудоносности.
Таким образом, золоторудная минерализация месторождений Амесмесса и Тирек Ин-Уз-зальского золоторудного района на юго-западе Алжирской Сахары сформировалась на различных гипсометрических уровнях единой рудооб-разующей гидротермальной палеосистемы при участии однотипных гетерогенных углекислот-но-натриево-хлоридных растворов умеренной концентрации (~6 мас. % экв. NaCl). Рудоот-ложение протекало в температурном диапазоне 290-320оС на глубинах ~7 км (месторождение Тирек) и 4,5 км (месторождение Амесмес-са). Гетерогенность минералообразующей среды на всех уровнях глубинности была обусловлена избыточным количеством углекислоты, поступающей в систему из подкорового источника (613С=-7%о). Углекислотная фаза могла служить основным транспортирующим агентом рудооб-разующей системы в термостатированных условиях, обеспечивая значительный вертикальный размах оруденения на золото-кварцевых месторождениях данного типа.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Аули Э, Белов С.В. Геодинамические условия формирования золотого оруденения зоны Ин-Уззал в Алжирской Сахаре // Благородные, редкие и радиоактивные элементы в рудообразующих системах. Мат-лы Всероссийской научной конференции с международным участием. К 120-летию со дня рождения члена-корреспондента АН СССР, профессора Ф.Н.Шахова. Новосибирск, 2014. С. 37-56.
2. Белов С.В., Зверев С.Н., Аули Э. Структура и оруде-нение месторождения Амесмесса в Алжирской Сахаре // Разведка и охрана недр. 2015. № 2. С. 11-17.
3. Галимов Э.М. Геохимия стабильных изотопов углерода. - М: Недра, 1968.
4. Калюжный В.А. Основы учения о минералообра-зующих флюидах. - Киев: Наук. думка, 1982.
5. Кряжев С.Г. Газогеохимические ореолы золоторудных месторождений в углеродисто-терригенных толщах // Руды и металлы. 2016. № 4. С. 94-97.
6. Кряжев С.Г., Прокофьев В.Ю., Васюта Ю.В. Использование метода 1СР MS при анализе соста-
ва рудообразующих флюидов гидротермальных рудных месторождений // Вестн. МГУ. Сер. 4. Геология. № 4. 2006. С. 30-36.
7. Такеноучи С., Кеннеди Дж. Растворимость углекислоты в растворах NaCl при высоких температурах и давлениях // Термодинамика постмагматических процессов. 1968. С. 137-149.
8. Darling R.S. An extended equation to calculate NaCl contents from final clathrate melting temperatures in H2O-CO2-NaCl fluid inclusions: implications for PT-isochors location // Geochim. et Cosmochim. Acta. 1991. Vol. 55. P. 3869-3871.
Кряжев Сергей Гаврилович, кандидат геолого-минералогических наук
Белов Сергей Викторович, доктор геолого-минералогических наук [email protected]
Игнатов Пётр Алексеевич, доктор геолого-минералогических наук [email protected]
Васюта Юрий Васильевич, научный сотрудник [email protected]
Аули Эссаид [email protected]
PHYSICAL-CHEMICAL PROPERTIES OF THE ORE-FORMING FLUIDS AT THE AMESMESSA AND TIREK LODE GOLD DEPOSITS IN THE ALGERIAN SAHARA
S.G.Kryazhev,
S.V.Belov.
P.A.Ignatov.
Yu.V.Vasyuta.
E.Aouli
Gold mineralization in quartz veins in the In-Uzzal region of Hoggar shield, the Algerian Sahara, was formed from carbon dioxide-sodium-chloride solution (6 wt. % NaCl equiv.) in the temperature range of 290-32СРС at a depth of about 7 km (Tirek deposit) and 4,5 km (Amesmessa deposit). The ore-forming fluid immiscibility at all levels of depth was caused by the excess amount of carbon dioxide from deep magmatic source (613C=-7%o).
Key words: Hoggar, In-Uzzal region, gold deposits, Amesmessa, Tirek, fluid inclusions..
