Геохимия датолитовых скарнов гор Змейка и Золотой Курган Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

Геохимия датолитовых скарнов гор Змейка и Золотой Курган

(Кавказские Минеральные Воды, Северный Кавказ] В.М. Газеев', А.Г. Гурбанов" А.Я. Докучаев''', А.М. Курчавов""

Приведены результаты геохимического изучения скарновой минерализации, выявленной в районе гор Змейка и Золотой Курган (Кавказские Минеральные Воды). Эта минерализация связана, с одной стороны, с постмагматическими процессами, протекавшими в сиенитовом массиве г. Золотой Курган, а с другой стороны - с вмещающими гранитоиды осадочными породами. Источником рудного вещества для одних элементов (РЬ) мог являться остывающий гранитный расплав, для других элементов (В, Zn, Аэ, Мо, Ад, Sc, SЬ, РЬ) - вмещающие осадочные породы. Механизм формирования подобных образований*описывается латераль-секреционной гипотезой формирования рудных тел (конвективная ячейка).

Группа из 18 гипабиссальных интрузивных массивов, известная в геологической литературе как лакколиты Кавказских Минеральных Вод (КМВ), расположена в пределах Ставропольского сводового поднятия и залегает в верхней части осадочного чехла южного блока Скифской плиты. Внедрились они в позднем миоцене в интервале от 7,79±0,13 до 8,25±0,19 млн лет (40Аг/39Аг-метод [9]) и контролируются зоной сочленения меридиональной Транскавказской системы глубинных дислокаций с субширотным Терским разломом глубинного заложения. Интрузивные массивы сложены гранитоидами латитового типа, образующими в плане субизометричную зональную структуру размером 60х40 км2. Внешняя зона сложена телами сиенитового, промежуточная -граносиенитового, а центральная - лейкогранитного составов [11]. Массивы сиенит- и граноси-енит-порфиров в большинстве случаев однофазные (Верблюд, Змейка, Золотой Курган, Железная, Юца), редко с маломощными дайками апли-тов (Развалка). Массивы более кислых пород преимущественно сложены гранит-порфирами (Бештау, Шелудивая) или лейкогранит-порфира-ми (Бык, Козьи Скалы). Постмагматические образования в массивах представлены жилами и прожилками кальцит-флогопитового состава, зонами аргиллизации, лимонитизации и карбо-натизации. С линейными зонами окисления и вторичного сульфидного обогащения, развитыми в массивах гор Бештау и Бык, связана прожилко-во-вкрапленная карбонат-сульфидная минерализация и сульфидно-урановое оруденение [2]. В экзоконтактовых зонах интрузивных тел (горы Бык, Джуца, Козьи Скалы, Змейка, Шелудивая, Верблюд) и в районе горы Машук отмечены проявления датолита.

Гранат-датолитовые проявления наблюдаются на расстояние до 100 м в направлении от контакта с интрузивными телами [12]. Скарновые проявления с датолитовой минерализацией в районе гор Золотой Курган, Змейка и Бык содержат полиметаллическую минерализацию [4]. Геологическое строение участка с датолитовой минерализацией Золотой Курган представляет собой куполообразную пологую гору с относительным превышением около 200 м. Вершина, северный и западный ее склоны сложены верхнемеловыми, слабо мраморизованными известняками и мергелями. На южном склоне на верхнемеловые отложения налегает толща песчано-глинистых пород палеоценового и эоценового возрастов. Контакт верхнемеловой и палеоцен-эоценовой толщ тектонически осложнен. Интрузивные породы г. Золотой Курган образуют два крупных выступа, вытянутых в северо-восточном направлении. Один из них (Южный Бугор) образует на дневной поверхности небольшое овальное в плане тело, сложенное сиенит-порфирами, которое на глубине 200 м соединяется со вторым выступом (Главным Куполом), интрузивные породы которого не обнажены на поверхности [10]. Скарны горы Золотой Курган вскрыты на поверхности горными выработками. Они залегают в виде пластообразной залежи, локализованной на контакте верхнемеловой и палеоцен-эоценовой толщ. В основании скарнового тела развиты мраморизованные и брекчированные известняки, от которых оно отделено волнистой поверхностью резкого контакта. Верхний контакт с трещиноватой толщей известковистых алевролитов постепенный, а новообразованная минерализация убывает на протяжении 1-2 м по мере удаления от интрузии.

* Газеев В.М. - к.г.-м.н., н.с. Института геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии (ИГЕМ РАН).

** Гурбанов А.Г. - к.г.-м.н.,в.н.с. ИГЕМ РАН.

*** Докучаев А.Я. - к.г.-м.н., с.н.с. ИГЕМ РАН.

**** Курчавов А.М. - д.г.-м.н., вед. н.с. ИГЕМ РАН.

26

УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ: ЭКОЛОГИЯ, ЭКОНОМИКА, СОЦИАЛЬНЫЕ ОТНОШЕНИЯ

Главной разновидностью скарнов являются датолит-гранатовые образования. Менее распространены скарны преимущественно везувиан-гранатового и гра-нат-пироксенового составов, образующие узкие зоны в приконтактовой части с мраморами.

Фактический материал, методы и результаты исследований

В 2008 г. нами были отобраны образцы сиенит- и граносиенит-порфиров, скарнов и вмещающих их пород в районе гор Змейка (рис. 1) и Золотой Курган. Было проведено: микроскопическое изучение шлифов; определение содержаний петрогенных и малых элементов рентгенофлюоресцентным методом на квантометре СРМ-25, редкоземельных элементов - инструментальным нейтронно-активационным методом в лаборатории ядерно-физических исследований ИГЕМ РАН; исследование составов и температур гомогенизации флюидных включений на термокриокамере Linkam-ТНМSG 600 в ИГЕМ РАН.

Датолит-гранатовые скарны представляют собой серовато-зеленую мелкозернистую породу, в которой заметны изометричные выделения светло-коричневого граната, везувиана, прожилки кальцита, датолита, эпидота, пироксена, реже галенита; иногда сохраняются унаследованные кластогенные зерна кварца и плагиоклаза. Ранние выделения серого датолита, как и вся порода в целом, пересечены прожилками прозрачного датолита второй генера-

Рис. 1. Схематическая геологическая карта района горы Змейка и позиция датолитовых скарнов (составлена по данным ФГУГП «Кавказгеолсъемка», 2003)

1-3 - позднемиоценовые интрузивные образования (граносиенит-пор-фиры): 1 - серые полосчатые первой фазы внедрения, 2 - светлосерые однородные первой фазы внедрения, 3 - кварцевые второй фазы внедрения, 4 - приконтактовые магматические брекчии, 5 - оли-гоценовые аргиллиты с прослоями мергелей (хадумская свита), 6 -

ции и карбонат-цеолитовыми, реже хал- °кРемненные Щота^о^изшюнкые) троды, 7 - скарнированные ^ г (датолитизитрованные) породы, 8 - разрывные нарушения

цедоновыми жилками. Главным минера-

лом везувиан-гранатовых и гранат-пироксеновых скарнов является кальцит, содержание которого превышает 50%. Датолит присутствует в этих разновидностях скарнов в акцессорных количествах.

Датолитовые скарны горы Золотой Курган имеют повышенные концентрации (в г/т) свинца (823-8 000) и цинка (424-5 043) (табл. 1). Иногда отмечаются повышенные содержания (в г/т) стронция (до 28 409), бария (до 6 921), мышьяка (120-254), молибдена (75), серебра (9,9) и сурьмы (7,8). В скарнах горы Змейка содержание свинца достигает 302-399 г/т.

В граносиенитах горы Змейка и в сиенитах горы Золотой Курган, с которыми пространственно ассоциируют скарновые залежи, установлены повышенные концентрации (в г/т) свинца (188 и 170 соответственно), молибдена (4,4 и 23),

стронция (996 и 1058), урана (23,5 и 25), тория (45 и 46), сурьмы (0,8 и 0,87), серебра (0,6), при кларковых содержаниях бария (1646 и 1643) и низких концентрациях цинка (43 и 30). Содержание этих элементов, по сравнению с кларками для сиенитов [3], превышает их соответственно по: РЬ - в 15 и 14,2 раза, Мо - в 7,3 и 38,3 раза, и -в 7,8 и 8,3 раза, Sr - в 4,9 и 5,3 раза, ТИ - в 3,5 раза. Содержание Ва соответствует кларковому, а Zn - понижено (0,3 кларка). Сравнение содержаний этих элементов в изученных гранитоидах с гранитоидами латитового ряда [14] свидетельствует о том, что свинец, уран и молибден в граносиенитах и сиенитах содержатся в повышенных количествах (в г/т): РЬ - 8,2 и 7,4 соответственно, Мо - 2,9 и 13,5, Sr - 1.5, Ва - 0,96, Zn -0,6. Также отметим, что содержание ВеО в лакко-

ТОМ 10

№4

2 0 10

Таблица 1

Средние содержания химических элементов в граносиенитах, сиенитах, скарнах, мергелях и песчаниках

Оксид, элемент Место взятия пробы

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

БЮг 69.83 66.23 59.82 48.08 16.88 32.26 19.78 15.58 39.53 69.00

ТЮ2 0.28 0.40 0.37 0.46 0.24 0.24 0.6 0.59 0.55 0.56

А12Оз 14.36 14.37 12.49 6.60 2.26 2.46 7.35 6.97 7.9 6.28

РегОз 1.95 2.72 2.74 12.57 11.59 10.38 5.27 2.22 5.16 5.02

МпО 0.05 0.05 0.48 0.52 0.97 0.93 0.12 0.14 0.09 0.14

МдО 0.8 2.19 1.50 1.01 0.59 1.10 0.47 0.19 1.63 0.67

СаО 1.76 2.28 10.00 18.41 34.96 26.35 34.15 34.68 29.26 10.51

Ыа20 4.30 3.80 3.56 1.97 0.29 0.34 0.09 0.47 1.59 0.90

КгО 5.15 5.82 4.85 2.74 0.10 0.10 0.91 4.25 1.61 1.7

Р205 0.27 0.46 0.37 0.14 0.16 0.07 0.09 0.09 0.05 0.25

Э 0.04 0.06 0.01 0.02 0.39 0.48 0.11 0.1 0.02 0.04

С1 0.01 0.02 0.02 0.01 0.01 0.02 0.01 0.01 0.01 0.02

Сумма 98.80 98.40 96.21 92.53 68.44 74.73 68.95 65.29 87.4 95.09

вс 3 7 17 31 52 4 51 56 24 20

Сг 15 83 56 113 45 40 90 68 85 67

Со 6 10 11 20 17 20 11 13 13 14

Си 10 21 15 14 42 45 46 53 22 54

V 29 47 56 138 35 5 139 114 176 110

РЬ 188 170 940 823 4225 8000 302 399 56 42

2п 43 30 28 424 1962 5043 19 65 53 140

Аэ 21 4 - 120 564 254 24 99 27 34

У 15 13 10 9 12 99 15 21 12 31

вг 996 1068 1454 1145 1566 28409 1530 1733 670 372

Мо 4.4 23 - - - 75 - - - -

Ад 0.6 - - - - 10 - - - -

эь 0.8 0.87 - - - 7.8 - - - -

Ва 1646 1613 1523 1207 612 6921 426 1805 403 680

ТЬ 45 46 - - - 3.4 - - 6.2 -

и 23.5 25 - - - 1.4 - - 4.4 -

гг 223 215 175 152 62 48 94 79 79 268

Примечание. Место взятия проб: 1 - граносиениты горы Змейка (10 проб); 2 - сиениты горы Золотой Курган (2 пробы); 3 - карбонат-флогопитовые прожилки в сиенитах горы Золотой Курган (2 пробы); 4-6 - скарны горы Золотой Курган (по 1 пробе); 7-8 - скарны горы Змейка (по 1 пробе); 9 - мергели(7проб); 10 - песчаники(5 проб).

литах КМВ достигает 0,002-0,008 масс. % [12], что в пересчете на элемент соответствует 20-80 г/т (при кларке в сиенитах 1 г/ т и гранитоидах латитово-го ряда 2,2 г/т).

Сравнение содержаний ряда элементов в неизмененных сиенитах горы Золотой Курган и секущих их прожилках кальцит-фло-гопитового состава показало, что в процессе остывания магматического расплава в гидротермальном растворе, связанном с сиенитами,происходит значительноеувеличение концентраций свинца - до 940 г/т (Кн 5,5), умеренное накопление стронция (Кн 1,36), в то время как барий (Кн 0,9) и цинк (Кн 0,9) практически не накапливаются. Термобарогеохимическими исследованиями газово-жидких включений в карбонат-флогопитовых жилах определены температуры их гомогенизации, располагающиеся в интервале от 158 до 186оС. Основным компонентом растворов являлся NaCl, с концентрацией 2,9-4,2 мас.%, экв. NaCl.

Сравнение концентраций свинца и цинка в неизмененных песчаниках и мергелях, обнажающихся в районе гор Змейка, Золотой Курган и Бык, с их средним содержанием в близких по составу породах [3] показало, что в нашем случае имеют место высокие содержания свинца (6,0 кларков), а в песчаниках - также и высокие концентрации цинка (140 г/т, или 8,8 кларка).

Обсуждение результатов

Отложения майкопской серии олигоцен-мио-ценового возраста, широко распространенные в Северном Предкавказье и в том числе на КМВ, часто включают пластовые скопления костных остатков рыб, содержащих (сорбирующих) сульфидную, урановую и редкоземельную минерализацию. К ним также приурочены месторождения

марганца, из которых наиболее крупными являются олигоценовые месторождения Южной Украины и Западной Грузии. Существуют представления о генетической связи как ураново-редкометальных, так и марганцевых месторождений с сероводородным заражением наддонных вод майкопского бассейна [8]. Нами проанализированы образцы глин из разреза майкопской серии Краснодарского края, любезно предоставленные геологами ФГУГП «Кавказгеолсъемка» (табл. 2). Несмотря на ограниченность выборки,

28

УСТОЙЧИВОЕ РАЗВИТИЕ: ЭКОЛОГИЯ, ЭКОНОМИКА, СОЦИАЛЬНЫЕ ОТНОШЕНИЯ

Таблица 2

Средние содержания химических элементов в глинах из разрезов майкопской серии Краснодарского края

Элемент Место ВЗЯТИЯ 1/6 (1/6)/кпарк

2036/2 2733/1 2767/5 3007/31 5327/23 5327/40

р 2000 500 6000 3000 800 1000 2216 3.1

Мп 500 100 1500 1000 200 500 633 0.7

Ті 5000 3000 5000 4000 4000 5000 4333 0.9

Бс 10 10 15 20 15 15 14 10.7

Сг 100 20 60 100 100 100 80 0.9

Со 10 10 100 30 15 20 30 1.6

ІМІ 50 30 200 60 40 80 76 1.1

Си 150 50 60 80 100 80 53 1.1

V 200 80 150 200 200 200 171 1.3

РЬ 80 20 40 40 40 30 41 2.0

гп 150 100 200 200 150 100 150 0.2

Аз 40 30 150 20 40 40 53 40.7

У 15 10 100 30 30 15 33 4.3

вг 300 100 300 300 500 100 266 0.8

\Л/ 4 2 3 3 4 3 3 1.6

Мо 100 2 60 50 100 10 68 26.1

Ад 0.3 0.08 0.1 0.1 0.15 0.1 0.13 18.5

ЭЬ - - 10 - 10 10 5 3.5

В 100 60 50 60 50 50 61.6 6.1

Бп 10 5 5 5 6 5 6 1.0

Ве 3 2 2 2 3 4 2.6 0.8

Ва 800 300 1000 1000 800 800 783 1.3

Тг 100 150 150 200 300 200 183 1.1

Примечание. Место взятия образцов: 2 036/2 - р. Курджипс, глина; 2 733/1 - р. Фюнт, бентонитовая глина; 2 767/5 и 3 007/31 - р. Убин (2 767/5 - глина с обилием рыбных чешуй, 3 007/31 - глина; 5 327/23 -р. Белая, глина; 5327/40 - р. Абин, глина.

У/6 - среднее по 6 пробам; (У/6)/кларк - содержание в кларковых долях (использованы кларковые величины для глин, по К. Таркьяну и К. Ведеполю [3]

отметим вы-сокиесредние содержания и величины кларков концентрации (Кк) по ряду элементов: мышьяк (53 г/ т, Кк 41), молибден (68 г/т,

Кк 26), Ад (0,13 г/т, Кк 18), скандий (14 г/т, Кк 11), бор (62 г/т, Кк 6,5), Sb (5 г/т,

Кк 3,5). Последние рассчитаны с использованием данных о средних содержаниях элементов в глинах [3].

Г. Н Мели-таури [7] при изучении распределения бора в мезо-кайнозойских породах КМВ установил его повышенные содержания в осадочных образованиях.

Так, содержание бора в аргиллитах достигает 200 г/т (Кк 20), в песчаниках - до 80-90 г/ т (Кк 22-25), в известняках - до 24 г/т (Кк 1,2). Им установлено, что внедрение расплавов не влияет на концентрации бора в контактово-измененных и неизмененных вмещающих породах. Кроме того, для горы Верблюд приведены данные по разрезу граносиенит - эндоконтакт - экзоконтакт (осадочные породы). Во вмещающих породах наблюдается постепенное повышение содержания бора по направлению к неизмененным осадочным породам.

По данным А.С. Авдеенко [1], в сиенитах и граносиенитах величина а 180 составляет 8-10%о, в амфиболовых гранитах - 7,0-7,1%о, лейкогранитах - 12,5-13,7%, во вмещающих палеогеновых аргиллитах, алевролитах и алев-ро-песчаниках - 7,7-14,5%, в палеогеновых мергелях - 16,3-22,8%, в известняках мело-

вого возраста - 24,0%, в скарнах Золотого Кургана - 17,2%. В кальците из кальцит-эпидот-гранатовых прожилков, секущих скарны, величина а 180 составляет 24,4%, в кальците из фло-гопит-карбонатных прожилков, секущих сиениты Золотого Кургана, - 19,8-23,5%. Формирование изотопно-кислородной системы лей-когранитов не может быть описано в рамках процессов кристаллизационной дифференциации и ассимиляции пород карбонатного состава. Ведущую роль, по-видимому, здесь играло флюидно-магматическое взаимодействие, имевшее место на стадии остывания интрузивных тел [1].

По существующим представлениям [5], при возникновении теплового очага во вмещающих толщах вначале наблюдается растекание подземных вод в сторону от него, но при падении давления

направление движения подземных вод в зоне действия теплового очага меняется на обратное. При тепловом воздействии «сухой», недосыщенной водой магмы во вмещающих породах создаются условия, способствующие движению надкритического водяного флюида к тепловому очагу [13], т.е. включается механизм «конвективной ячейки».

Выводы

Приведенные данные свидетельствуют о высоких содержаниях ряда элементов (В, 7п, Аэ, Мо, Ад, Sc, Sb, РЬ, и [8]) в палеогеновых осадочных толщах, вмещающих лакколиты КМВ и Sr в лагунно-континентальных отложениях верхней юры и мела (валанжин) [15]. В изученных скарнах установлены повышенные концентрации этих же элементов.

Лакколиты КМВ имеют резко повышенные концентрации элементов, не характерных для грани-тоидов латитового геохимического типа (РЬ, Мо, и, Ве, Sr). Эти же элементы, за исключением Ве, в повышенных концентрациях отмечаются в осадочных толщах. При циркуляции в сиенитах постмаг-матических гидротермальных растворов происходит значительное увеличение в них концентраций РЬ и уменьшение концентраций 7п. Содержание Мо в неизмененных сиенитах варьирует от 4,4 г/т (Змейка) до 23 г/т (Золотой Курган).

Имеющиеся геологические (формирование сиенитов из «сухого» расплава; удален-

ность скарнов от контактов интрузивов; тектонический контроль контакта между меловой и палеоген-эоценовой толщами; несколько генераций датолита) и геохимические факты (подобие набора элементов, имеющих повышенные концентрации в осадочных толщах, скарнах и отчасти в магматических образованиях, а также различие Кн свинца и цинка, вариации содержания молибдена в сиенитах) хорошо объяснимы с позиции латераль-секреционной модели формирования рудных тел. Согласно этой модели, руды гидротермальных месторождений образуются в результате извлечения рудных компонентов из вмещающих горных пород и их последующего переотложения по-ровыми растворами преимущественно метеорного происхождения, вовлеченными в глубокую циркуляцию.

Приведенные выше данные позволяют по-иному рассматривать генезис оруденения, связанного с лакколитами КМВ, и использовать этот подход при поисках и оценке рудных тел в районах развития новейшего вулканизма Северного Кавказа и Южной Осетии.

Работа выполнена при финансовой поддержке гос-контракта Научной Школы №02-515 12 0009 (рук. академик О.А. Богатиков) с Миннаукой РФ; Грантов РФФИ №№ 08-05-00423-а и 09-05-90360-Ю-0сет-а

Литература

1. Авдеенко А.С. Поведение изотопно-кислородной системы в процессах контаминации магм и взаимодействие флюид-пород (на примере неогеновых гранитоидов и минерализованных вод района Кавказских Минеральных Вод) // Автореф. дисс. на соискание ученой степени кандидата геол.-мин. наук. - М: ИГЕМ РАН, 2009. 25 с. (Текст 118 с.).

2. Белова Л.Н., Цейтлин С.Г. Минералогические особенности зон окисления месторождений Бештау и Бык. -М.: Геолфонд ИГЕМ РАН, 1959. 34 с.

3. Войткевич Г.В, Кокин А.В., Мирошников А.Е., Прохоров В.Г. Справочник по геохимии. - М.: Недра, 1990. 476 с.

4. Герасимов А.П. Месторождение датолита на г. Бык в районе Кавказских Минеральных Вод // Изв. Главного геол.-развед. управления. 1931. Т. 50. Вып. 60. С. 939942.

5. Кононов В.И. Тезисы доклада на II совещании по геотермальным исследованиям в СССР. -М.: Наука, 1964.

6. Ляхович В.В. Факторы рудогенерирующей способности гранитов. - М.: Наука, 1983. 219 с.

7. Мелитаури Г.Н. Об источнике бора в датолитовых скарнах // Известия АН.СССР. Сер. геол. 1972. №5. С.141-143.

8. Недумов Р.И. Об изменениях уровня сероводородного заражения наддонных вод майкопского бассейна // Литология и полезные ископаемые. 1998. № 4. С. 371-382.

9. Поль И.Р., Хесс Ю.С., Кобер Б. и др. Происхождение и петрогенезис миоценовых трахириолитов (А-тип) из северной части Большого Кавказа // Магматизм рифтов и складчатых поясов. - М.: Наука, 1993. С. 108-125.

10. Родзянко Н.Г. Новые данные о кристаллических породах горы Золотой Курган на Северном Кавказе // Мат. второй науч. конф. аспирантов. - Ростов-на-Дону: Изд. РГУ, 1960. С. 108-110.

11. Сазонова Л.В., Носова А.А., Докучаев А.Я., Гурба-нов А.Г. Латитовый тип позднеколлизионных гранитои-дов (Северный Кавказ): геохимические и минералогические особенности // Докл. Академии наук / Геохимия, 2003. Т. 393. № 2. С.1-5.

12. Соболев Н.В., Лебедев-Зиновьев А.А., Назарова А.С., Вилюнова Л.П., Баталов С.Ш., Брылина О.М., Афанасьева А.К. Неогеновые интрузивы и домезозойс-кий фундамент района Кавказских Минеральных Вод // Труды ВИМС. Москва, 1959. 208 с.

13. Сыромятников Ф.В. Некоторые теоретические воп-

росы возникновения и развития гидротермальных растворов // Известия АН СССР. Сер. геол. 1955. № 3.

14. Таусон Л.В. Геохимические типы и потенциальная рудоносность гранитоидов. - М.: Наука, 1977. 278 с.

15. Черницын В.Б., Андрущук В.Л., Рубцов Н.Ф. Ме-таллогенические зоны Центрального и Северо-Западного Кавказа. - М.: Недра, 1971. 201 с.