CC BY
28
УДК 553.41: 553.068.7
геология, петрогеохимия и рудоносность углеродистых отложений южной части зоны
уралтау
© В.И. Сначёв,
доктор геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией, Институт геологии, Уфимский научный центр РАН, ул. К. Маркса, 16/2,
450077, г. Уфа, Российская Федерация, эл. почта: [email protected]
В статье рассмотрено геологическое строение максютовского комплекса, развитого в южной части зоны Уралтау. Особое внимание уделено образованиям карамалинской и кайраклинской свит, в составе которых широко представлены углеродистые отложения (графи-тистые кварциты, слюдисто-графито-кварцевые сланцы). Интерес к черносланцевой формации в последнее время обусловлен тем, что она представляет собой информативный материал для реконструкции палеогеографических и физико-химических условий накопления углеродистых отложений, а также является благоприятной геохимической средой для накопления благородных и рудных металлов. Авторами на основе ряда общепринятых диаграмм показано, что черносланцевые отложения рассматриваемых свит относятся к низкоуглеродистому типу и принадлежат кремнисто-углеродистой и терригенно-углеродистой формациям. Палеогеографические условия накопления углеродистых кварцитов и сланцев максютовского комплекса в большинстве своем соответствуют относительно глубоководной части водного бассейна, и только отложения средней подсвиты кайраклин-ской свиты образовались в пределах мелководной его области. Анализ петрогеохимических диаграмм позволяет говорить о незначительной доле терригенного материала практически во всех углеродистых отложениях рассматриваемой территории, большая часть которого представлена продуктами размыва основных и ультраосновных пород.
В статье отмечается, что рудоносность черносланцевой формации максютовского комплекса довольно слабая и определяется двумя металлогеническими этапами, первый из которых характеризуется преобладанием седиментационных процессов, а второй проявился в период постседиментационной активизации региона. С первым из них связаны проявления фосфоритов, а со вторым - пирит-пирротин-халькопиритовое оруденение с повышенным содержанием золота.
Ключевые слова: зона Уралтау, углеродистые отложе-' ния, рудоносность, петрогеохимия, кайраклинская свита, ка-рамалинская свита, метаморфизм, модуль, графитистые сланцы, благородные металлы
© V.I. Snachev
geology, petrogeochemistry and ore-bearing black shale deposits of the southern uraltau zone
Institute of Geology, Ufa Scientific Centre, Russian Academy of Sciences, 16/2, ulitsa K. Marksa, 450077, Ufa, Russian Federation, e-mail: [email protected]
This paper considers the geological structure of the Maksyutovo Complex developed in the southern part of the Uraltau zone. Particular attention is given to the entities of the Karamaly and Kayrakly Formations, which include widespread carbonaceous deposits (graphitic quartzites, mica-graphite-quartz schists). Interest shown in the black shale formation in recent years is due to the very important fact that it offers a very informative material to reconstruct paleogeographic and physicochemical accumulation conditions of carbonaceous deposits and represents a favourable geochemical environment for the accumulation of ore and noble metals. Based on a number of conventional diagrams, the author shows that black shale deposits of the formations in question are of a low-carbon type and belong to siliceous-carbon and carbon-terrigenous formations. Paleogeographic conditions for the accumulation of carbonaceous quartzites and shales of the Maksyutovo Complex correspond mainly to a relatively deep part of the sedimentary basin, and only deposits of the middle subformation of the Kayrakly Formation occur within its shallow area. Analysis of petrogeochemical diagrams suggests an insignificant proportion of terrigenous material in almost all carbonaceous deposits of the area under study, most of which is represented by water erosion products of basic and ultrabasic rocks.
ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ/
/ 2016, том 21, № 2 (82) lllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllE65
The paper points out that the ore-bearing potential of the black shale formation of the Maksyutovo Complex is rather poor and depends on two metallogenic stages, the first of which is characterized by prevailing sedimentary processes while the second one manifested itself during the second period of the post-sedimentary activation in the region. The first stage is associated with phosphate occurrences, and the second stage deals with pyrite-pyrrhotine-chalcopyrite mineralization with high gold content.
Key words: Uraltau zone, carbonaceous deposits, ore" bearing potential, petrogeochemistry, Kayrakly Formation, Kara-maly Formation, metamorphism, modulus, graphitic shales, noble metals
Образования максютовского комплекса широко развиты в южной и средней части Уралтауского мегантиклинория (см. рис. 1). Традиционно максютовский комплекс относится к среднему рифею и подразделяется на последовательно сменяющие друг друга гале-евскую, кайраклинскую, юмагузинскую и ка-рамалинскую свиты, хотя на этот счет есть самые разные мнения [1]. В последнее время исследователи описывают Уралтауский меган-тиклинорий как антиформу, образованную двумя тектоническими единицами [2; 3], к первой из которых отнесены га-леевская и кайраклинская свиты, ко второй — юмагузинская и карамалин-ская. Более того, Р. Хетцель [2] полагает, что первая (нижняя) единица имеет до-кембрийский возраст, а вторая (верхняя) — палеозойский. Углеродистые отложения известны только в кайраклин-ской и карамалинской свитах [4; 5], которые будут рассмотрены ниже.
Кайраклинская свита (Я2кгк). Наиболее полные разрезы свиты описаны Д.Д. Криницким и В.М. Криницкой [6] в районе среднего течения р. Сакмары, где в ее составе выделены три подсвиты: нижняя (якуповская), средняя (аралба-евская) и верхняя (баракальская). Нижняя подсвита сложена метаосадочными породами — переслаивающимися слюдистыми кварцитами, графитистыми кварцитами, слюдисто-графито-квар-цевыми и слюдисто-полевошпат-квар-цевыми сланцами. Мощность ее 150— 200 м. Средняя подсвита — метавулкано-генно-осадочная, представлена зелеными сланцами актинолит- полевошпатового, эпидот-полевошпатового состава предположительно по основным эффузивам. Отмечаются маломощные прослои гра-фитистых кварцитов и слюдисто-гра-
фит-кварцевых сланцев. Мощность подсвиты сильно изменчива и составляет от 50 до 200 м. Верхняя подсвита по набору литотипов весьма близка нижней; в ее составе преобладают слюдистые кварциты, переслаивающиеся с графи-тистыми кварцитами и слюдисто-графит-квар-цевыми сланцами.
Трехчленное деление свиты устойчиво выдержано в пределах сводовых поднятий и крыльев антиклинальных структур, где в наиболее полных
■MZ-KZ -1 ZPRjZ -8 1—1
"PZ~ -2 ©
Рис. 1. Геологическая схема зоны Урал-тау. По А.А. Алексееву [16], с изменениями автора:
1 - мезозойско-кайнозойские отложения; 2 - палеозойские отложения Зи-лаирского мегасинклинория и Тирлян-ской синклинали; 3 - палеозойские отложения Магнитогорского мегасинклинория; 4 - аршинская свита Тирлян-ской синклинали; 5 - рифей Башкирского мегантиклинория; 6 - белекейская, акбиикская, укшук-арвякская и маза-ринская свиты суванякского комплекса; 7 - миндякская, курташская и уткальская свиты суванякского комплекса; 8 - максютовский комплекс; 9 - палеозойские ультрабазиты;10 - геологические границы; 11 - контур Новоусмановской площади; 12 - разрез углеродистых отло-женийпотрассеБелорецк-Магнитогорск (вне масштаба); 13 - цифры в кружках: 1 - Главный Уральский разлом, 2 - Ян-тышевско-Юлукский разлом
ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ
»Б/ /21
2016 том 21, № 2 (82)
ее разрезах среди слюдисто-графит-кварцевых сланцев можно наблюдать линзы мраморизо-ванных известняков и небольшие тела габбро и серпентинитов. От согласно подстилающей ее галеевской свиты кайраклинские отложения надежно отличаются широким развитием гра-фитистых разностей пород, а также присутствием магматических образований основного и ультраосновного состава.
Карамалинская свита (Я2кгш). Типовые разрезы отложений свиты известны в бассейнах рек Крепостной Зилаир и Сакмара, где они могут быть подразделены на четыре подсвиты [6].
Сводный состав первой (нижней) подсви-ты включает в себя графитистые кварциты, слюдисто-кварцевые и графит-кварцевые сланцы при явном преобладании последних. В верхней части разреза среди парасланцев отмечаются небольшие пластовые тела ортопо-род. Мощность отложений 200—300 м. Вторая подсвита существенно ортосланцевая, в ней большим распространением пользуются слю-дисто-хлорит-альбитовые, актинолит-хлорит (эпидот)-альбитовые, биотит-хлорит-альби-товые, альбит-хлоритовые, кварц-альбитовые и другие разновидности пород, представляющие, очевидно, продукты метаморфизма магматических образований преимущественно основного состава. Мощность подсвиты 200 м. Третья подсвита мощностью 350 м сложена парасланцами кварцевого и слюдисто-квар-цевого состава, содержащими в том или ином количестве примесь графитистого материала. Четвертая подсвита, завершающая разрез мак-сютовского комплекса, представлена преимущественно ортосланцами эпидот-альбит-хло-ритового, кварц-биотит-альбитового, слю-дисто-кварцевого состава, образовавшимися по основным и кислым эффузивам. Среди них выделяются отдельные прослои графитистых кварцитов. Мощность отложений 250 м.
Интерес к углеродистым отложениям в последнее время обусловлен несколькими причинами: во-первых, они представляют собой весьма информативный материал для реконструкции палеогеографических и физико-химических условий их накопления, а, во-вторых, они являются благоприятной геохимической средой для первичного накопления многих промышленно важных элементов. При определенных условиях, особенно в областях проявления магматизма, зонального метаморфизма и тектонической активности, углероди-
...............ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ
стые породы могут концентрировать в себе крупные залежи благородных, редких металлов, ванадия, марганца. В частности, новые объекты золота и вольфрама выявлены в чер-носланцевых породах машакской и зигазино-комаровской свит Башкирского поднятия [7; 8], Арамильско-Сухтелинской зоны [9], Магнитогорской мегазоны [10].
Геохимические и палеогеографические особенности углеродистых отложений. В ходе проведения работ по геологической съемке масштаба 1:200 000 в пределах листа N-40-XXXIV (Зилаир) нами изучались углеродистые отложения максютовского комплекса южной части Уралтауского антиклинория.
Банк анализов включает 113 силикатных (выполнены в Институте геологии Уфимского научного центра РАН), 5 редкоземельных элементов (Центральная лаборатория анализа вещества Института геохимии и аналитической химии имени В.И. Вернадского РАН и 8 определений Сорг (количественный химический анализ, Аналитический сертификационный испытательный центр Всероссийского научно-исследовательского института минерального сырья имени Н.М. Федоровского (АСИЦ, ВИМС)).
А
■300 I-1-1-1-1-1-У
О 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 g
III
Л* ..j^
/4 / □ крк1 ♦ крк2 АкркЗ ■ крм ▲ юм
Рис. 2. Типизация углеродистых отложений с помощью диаграммы О.В. Горбачева, Н.А. Созинова [11]: крк1, крк2, крк3 - первая, вторая и третья подсвиты кайраклинской свиты; крм - карамалинская свита, юм - юмагузинская свита.
Поля формаций: I - карбонатно-углеродистая; II - терригенно-углеродистая; III - кремнисто-углеродистая
>16, том 21, № 2 (82) IIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIIII................
Для определения формационной принадлежности черносланцевых отложений южной части зоны Уралтау использовалась диаграмма A-S-C [11] (см. рис. 2). Большинство значений углеродистых отложений, вынесенных на диаграмму, расположились в поле кремнисто-углеродистой формации или на ее границе с терригенно-углеродистой формацией, что говорит о выдержанности их химического состава на всей рассматриваемой территории. Обратная корреляция между параметрами A и S, а также C и S указывает, во-первых, на био-хемогенный и вулканогенный источник кремнезема, но не терригенный его привнос, а во вторых, на независимые источники кремнезема и карбоната. Ситуация, при которой наблюдается резкий дефицит CaO и избыток SiO2, присуща для активно прогибающихся дисталь-ных частей бассейнов.
Рассмотрим этот вопрос подробнее. Известно [11], что основным индикатором удаленности бассейна седиментации от береговой линии является примесь терригенного материала, величину которой можно получить из анализа диаграммы A-S-C. Так, чем ближе влево смещены точки в пределах выделенных полей формаций, тем больше терригенного материала в осадках. На рисунке 2 хорошо видно, что большинство точек занимают крайнее правое положение и только незначительно количество анализов углеродисто-глинистых и углеродисто-серицитовых сланцев расположены в левой и центральной частях поля кремнисто-углеродистой формации.
Содержание углеродистого вещества в черных сланцах максютовского метаморфического комплекса по визуальным оценкам А.А. Алексеева (1978) составляет 1,5—3,0%; в максимально обогащенных углеродом разновидностях может достигать 10% и более. Собственные результаты анализа 8 образцов (2,53— 3,22% Сорг) показывают, что кремнисто-углеродистые сланцы относятся к низкоуглеродистому типу.
В анализах кремнистых сланцев рассматриваемой территории почти 100% углерода составляет Сорг, на долю CO2 приходятся ничтожные значения, что в совокупности с низкими значениями параметра С (среднее 2,1) (см. рис. 2) и отсутствием карбонатов в разрезах говорит о специфичности условий осадкона-копления. Образование подобных отложений возможно только на глубинах ниже уровня кар..............ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ
бонатной компенсации (в современных океанических структурах — от 3 500 м до 6 000 м) [12].
Для интерпретации состава кремнисто-углеродистых отложений использовались стандартные петрохимические параметры (модули), рассчитываемые по силикатным анализам [13].
Гидролизатный модуль (ГМ = (ТЮ2 + А12Ю3 + Ге2Ю3 + ГеЮ + МнЮ)/5Ю2). По значениям гидролизатного модуля (от 0,01 до 0,168) все кремнисто-углеродистые отложения относятся к типу силиты, классу гипосилиты, а 52% из них даже к подклассу ультраэвсилитов (см. рис. 3), что указывает на незначительный привнос в бассейн осадконакопления продуктов выветривания с континента.
Алюмокремниевый модуль (АМ=А/2Ю3/5/Ю2). Абсолютное большинство анализов показывает, что углеродистые отложения относятся к ги-поглиноземистым породам. Наиболее информативным является отношение гидролизатно-го и алюмокремниевого модулей (рис. 3). Максимальное отклонение от линии тренда наблюдается для точек составов отложений восточной части зоны Уралтау, что говорит об увеличении доли вулканического материала в общем объеме примесей с запада на восток.
При анализе изменений значений параметров 8 и АМ отчетливо видно, что количество терригенного материала, поступаемого в бассейн седиментации, было разным. Так, наибольшее его количество фиксируется в осадках средней подсвиты кайраклинской свиты, для нее характерны минимальные значения параметра 8 и максимальные — параметра АМ, а также наибольшие значения параметра С (среднее 3,0). Все эти факторы, в совокупности
0,000 0,100 0,200 0,300 0,400 0,500
Рис. 3. Диаграмма соотношения гидролизатного и алюмокремниевого модулей для кремнисто-углеродистых отложений
2016 том 21, № 2 (82) 1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
с геологическими данными (наличие редких линз известняков в разрезе), позволяют говорить об относительной мелководности бассейна в этот период.
Наименьшее количество терригенного материала характерно для отложений верхней подсвиты кайраклинской свиты. Здесь отчетливо фиксируется поле с высокими значениями параметра 8 и минимальными АМ и С (среднее 1,64), что говорит о наибольшей глу-боководности бассейна в это время.
Тройная петрохимическая диаграмма Н.П. Семененко и др. [14]. Вынесенные на нее кремнисто-углеродистые сланцы показывают, что соотношение основных петрогенных окислов терригенной примеси в подавляющем большинстве соответствует основным и ультраосновным породам (рис. 4).
Рудоносность черносланцевых отложений зоны Уралтау специально ранее не изучалась. Исходя из общего строения структурно-вещественных комплексов и их геохимической специализации можно допустить, что в истории развития этого региона было как минимум два крупных металлогенических этапа.
Для первого из них характерно преобладание седиментационных процессов при подчи-
Рис. 4. Разделение кремнисто-углеродистых сланцев на петрохимической диаграмме Н.П. Семененко и др. [14]: Поля: I - подгруппы собственно алюмосиликатных пород; II - подгруппы железисто-магнезиально-алюмосиликатных пород; III - подгруппы щелочноземельно-алюмосили-катных пород орторяда; IV - подгруппы известково-алю-мосиликатных пород; группы глиноземисто-магнезиаль-но-железисто-кремнистых пород; VI - группы железисто-кремнистых пород; VII - группы магнезиальных ультраосновных пород орторяда; VIII - группы щелочноземельно-малоглиноземистых ультраосновных пород орторяда; IX - группы щелочноземельно-глиноземистых основных пород орторяда; X - известково-карбонатной подгруппы щелочноземельно-известкового ряда; XI - гли-ноземисто-известковистой подгруппы щелочноземельно-известкового ряда
Примечание - Обозначения свит и подсвит см. на рис. 2.
ненной роли магматизма. В углеродистых осадках этого этапа накапливались в надкларковых количествах ванадий, фосфор, золото, вольфрам и молибден, образуя обогащенные стратифицированные минеральные зоны, локализованные на различных уровнях разреза мак-сютовского комплекса [7; 15].
Ванадий, фосфор. Типичными примерами раннего седиментационного этапа накопления рудных компонентов в углеродистых отложениях зоны Уралтау могут служить ванадиенос-ные и фосфатоносные черносланцевые образования максютовского комплекса.
По данным А.А. Алексеева [16], в графи-тистых кварцитах и графито-кварцевых сланцах кайраклинской и карамалинской свит концентрации ванадия составляют от 800 до 5 000 г/т. При кларке ванадия в черных сланцах около 200 г/т [13] такие содержания можно отнести к резко аномальным или рудогенным. Примечательно, что аномальное обогащение ванадием графитистых пород носит выдержанный характер. Это позволило выделить в максютов-ском комплексе ванадиеносную графито-кварцито-сланцевую формацию [16]. Автором отмечается прямая зависимость содержаний ванадия в черных сланцах от концентраций в них органического вещества, что указывает на седиментационную природу этого элемента. Его реальным поставщиком в осадок, по аналогии с другими подобными объектами, могли быть твердые обломочные частицы терригенного или вулканогенного материала основных пород, что хорошо согласуется с наличием в максю-товском комплексе горизонтов ортослан-цев базитового состава. К этому необходимо добавить обогащенность ванадиеносных графитистых сланцев надкларковыми количествами молибдена, марганца, серебра, золота, которые в последующий металло-генический этап могли быть регенерированы и служить дополнительным источником металлов для объектов, связанных с текто-но-магматической активизацией региона.
В южной части зоны Уралтау от верховьев р. Сакмары на севере до р. Губерля на юге слюдисто-графито-кварцевые сланцы и графитистые кварциты кайраклин-ской и карамалинской свит содержат многочисленные фосфатопроявления с концентрациями Р2О5 от 0,5 до 17% [17]. Основной носитель фосфора — тонкодисперсные
ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ /
/2016, том 21, № 2 (82)
и скрытокристаллические выделения апатита в графит-слюдистой массе, а также сферические обособления апатита, первоначально представлявшие, по-видимому, кремнисто-углеродистые осадочные конкреции. Седимен-тационная природа фосфатных проявлений подчеркивается пластовой формой их залегания, а также стратифицированностью и выдержанностью на большой площади.
Второй этап металлогенического развития охватывал период постседиментационной активизации этого региона, сопровождавшейся заложением и подновлением разрывных нарушений, динамотермальным преобразованием углеродистых пород и содержащейся в них ранней минерализации, ее ремобилизацией и образованием метаморфогенного оруденения. Этому режиму соответствуют рудно-мета-морфические системы, типичные для активизированных областей, включающие медное (пирит-пирротин-халькопиритовое), редкоме-тальное и золотое оруденение.
Наиболее показательными объектами этого этапа металлогенического развития зоны Уралтау являются несколько небольших месторождений сульфидных руд, объединяемых в Юлукскую группу (Юлук, Гумерово). Геологическая позиция и состав оруденения этих объектов подробно изучены в результате геолого-съемочных работ последних лет. Анализ полученных материалов позволяет нам относить Юлукскую группу месторождений к единой полиметально-пирротиновой формации.
Благородные металлы. Определения золота, серебра, платины, палладия, родия, иридия, осмия, рутения в углеродистых сланцах кайра-клинской, юмагузинской и карамалинской свит максютовского комплекса выполнены нами в Институте геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН (ИГЕМ; Москва) химико-спектральным методом с предварительным концентрированием на органическом полимерном сорбенте «Полиоргс-4». Нижние пределы количественных определений об, Яи — 0,004 г/т; Аи, Ag — 0,01 г/т; Р1, Рё - 0,05 г/т; ЯЬ - 0,02 г/т; 1г -0,002 г/т, а также для проверки полученных результатов - нейтронно-активационным методом 5 проб углеродистых сланцев только на золото (нижний предел обнаружения — 0,01 г/т). Все пробы углеродистых сланцев интенсивно окварцованны, сульфидизированы, тектонически проработаны.
По данным Я.Э. Юдовича, М.П. Кетрис [13], существует два предварительных признака возможной платиноносности черных сланцев - аномалии по никелю и молибдену. Проведенное нами изучение углеродистых отложений на W и Мо (8 проб) в АСИЦ ВИМС (рентгеноспектральный флуоресцентный метод) показало наличие в них вольфрама и молибдена в пределах кларка, соответственно 1,0—1,7 и 1,1—1,4 г/т, что не позволяет надеяться на выявление в них платиноидов. Так оно и получилось.
Результаты количественных определений благородных металлов в углеродистых сланцах карамалинской и кайраклинской свит довольно скромные. Все значения элементов группы платины находятся ниже предела чувствительности метода и не представляют интереса для дальнейшей интерпретации. Определенные перспективы на поисковые работы можно связывать лишь с золотом, содержания которого в проанализированных пробах находятся в основном в пределах 10—44 мг/т, т.е. аномалии и сильной аномалии. Лишь одна проба, отобранная в средней (аралбаевской) подсвите кайраклинской свиты в верховьях р. Карамалы близь пос. Вознесенский, показала значение золота в 240 мг/т, что соответствует рудогенной аномалии и указывает на определенные перспективы рассматриваемых отложений на поиски в них золота.
Анализ проб сульфидизированных углеродистых сланцев, отобранных на рудных объектах Юлук и Гумерово, показал довольно высокие и стабильные значения золота в пределах 0,56—0,85 г/т, что указывает на хорошие перспективы указанных месторождений при дальнейшей их оценки на золото.
Выводы. Изучение углеродистых отложений южной части зоны Уралтау показало:
1. Черносланцевые отложения максютов-ского комплекса относятся к низкоуглеродистому типу и очень компактно попадают в поля кремнисто-углеродистой и терригенно-угле-родистой формации, что говорит о выдержанности их химического состава на всей рассматриваемой территории.
2. Палеогеографические условия накопления углеродистых отложений в пределах рассматриваемой площади были неоднородными. Наибольшее количество терригенной и вулканогенной примеси отмечается в составе отложений средней подсвиты кайраклинской
ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ/
/ 2016 том 21, № 2 (82) 1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111
