Использование термического анализа углеродистых сланцев при прогнозировании золотого оруденения (на примере Белорецкого метаморфического купола) Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

УДК: 553.491+553.41

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕРМИЧЕСКОГО АНАЛИЗА УГЛЕРОДИСТЫХ СЛАНЦЕВ ПРИ ПРОГНОЗИРОВАНИИ ЗОЛОТОГО ОРУДЕНЕНИЯ (НА ПРИМЕРЕ БЕЛОРЕЦКОГО МЕТАМОРФИЧЕСКОГО КУПОЛА)*

© А.В. Сначев,

кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник, Институт геологии, Уфимский научный центр РАН, ул. К. Маркса, 16/2,

450077, г. Уфа, Российская Федерация, эл. почта: [email protected]

В статье кратко рассмотрено геологическое строение Бело-рецкого зонального метаморфического комплекса; перечислены свиты, в состав которых входят углеродистые отложения; приводится описание формы нахождения в них углеродистого вещества, изменение его физических свойств и химического состава в процессе контактового и регионального метаморфизма. На основе термического метода изучения углеродистых сланцев зигазино-комаровской свиты установлено, что экзотермический эффект в них происходит в диапазоне температур 630-730 °С, что соответствует зеленосланцевой и эпидот-амфиболитовой фациям метаморфизма. Построение карт изолиний значений температур преобразования пород в пределах Белорецкого метаморфического комплекса, а также анализ закономерностей размещения золоторудных объектов в его пределах позволили привязать золоторудную минерализацию к определенному температурному интервалу. Это дает возможность с минимальными затратами оценить перспективы углеродистых отложений Белорецкого метаморфического комплекса на золото и наметить конкретные площади на его поиски.

Ключевые слова: Белорецкий метаморфический купол, Южный Урал, метаморфизм, углеродистые сланцы, черные сланцы, термический метод, рудоносность, золото, благородные металлы, фация зеленых сланцев, зигазино-комаровская свита

© A.V. Snachev

THE USE OF THERMAL ANALYSIS OF CARBONACEOUS SHALES IN PREDICTING GOLD MINERALIZATION (WITH THE BELORETSK METAMORPHIC DOME TAKEN AS AN EXAMPLE)

The paper briefly discusses the geological structure of the Beloretsk zonal metamorphic complex. It lists the formations containing carbon deposits and describes configurations of carbon matter occurrences as well as changes in its physical properties and chemical composition during contact and regional metamorphism. Based on the thermal method for studying carbonaceous shales of the Zigaza-Komarovo Formation, it has been found that the exothermic reaction in them takes place within the temperature range of 630-730 °C that corresponds to greenschist and epidote-amphibolite facies metamorphism. The construction of temperature contour maps showing rock transformations within the Beloretsk metamorphic complex and analysis of regularities of its gold ore distribution made it possible to correlate gold mineralization to a certain temperature range. This allows us to assess cost-effectively the prospects for finding gold in the carbon deposits of the Beloretsk metamorphic complex and define specific search areas.

Institute of Geology, Ufa Scientific Centre, Russian Academy of Sciences, 16/2, ulitsa K. Marksa, 450077, Ufa, Russian Federation, e-mail: [email protected]

Key words: Beloretsk metamorphic dome, South Urals, metamorphism, carbonaceous shales, black shales, thermal method, ore mineralization, gold, noble metals, greenschist facies, Zigaza-Komarovo Formation

* Работа выполнена при финансовой поддержке гранта РФФИ-Поволжье № 14-05-97005.

ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ/

/2

2015, том 20, № 3 (79)

Белорецкий зональный метаморфический комплекс расположен в восточной части Башкирского мегантиклинория в пределах Маярдакского антиклинория (см. рис. 1). Он подковообразно огибает северное замыкание Зилаирского синклинория и протягивается в северо-восточном направлении на расстоянии около 120 км при ширине от 20 до 40 км. Сложен комплекс нижне-средне- и верхне-рифейскими отложениями, общая мощность которых составляет, по данным различных

исследователей, от 4 до 5 км [1]. Исходными породами комплекса являются преимущественно песчано-глинистые, карбонатные и углеродистые отложения, заметно реже — интрузивные тела и эффузивы основного состава. В поздневендское(?) время породы испытали метаморфизм под действием расположенного на глубине крупного гранитного или гранитно-мигматитового интрузивного тела, четко фиксируемого геофизическими методами, в результате чего сформировался зональный

Рис. 1. Схема геологического строения Белорецкого метаморфического комплекса и его обрамления [4]: свиты RF1sr - суранская (доломиты и известняки, сланцы углеродисто-глинистые, алевролиты); RF1js - юшинская (песчаники и алевролиты кварцевые и полевошпат-кварцевые, сланцы углеродисто-глинистые); RF1kz - кызылташская (сланцы двуслюдяно-плагиоклаз-кварцевые, мраморизованные известняки); RF2ms - машакская (метабазальты, риоли-ты и их туфы, конгломераты, сланцы углеродисто-глинистые); RF2as+bl - аюсапканская и белетарская (кварциты, сланцы графитистые и мусковит-хлорит-кварцевые); RF2zg - зигальгинская (кварциты, сланцы графитистые, слюдистые); RF2zk - зигазино-комаровская (углеродистые сланцы, полевошпат-кварцевые алевролиты); RF2av - авзянская (доломиты и известняки, песчаники, реже сланцы углеродисто-глинистые); RF3zl - зильмердакская (песчаники, алевролиты и конгломераты полевошпат-кварцевые). Интрузивные образования: RF2ah - граниты Ахмеровского массива. RF2ms - габбро-диабазы машакского комплекса

ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ / __

/2015, том 20, № 3 (79) 11111111111111111111111111111111111111111111111111111

метаморфический комплекс, центральная рен пирита до образования сульфидных про-

часть которого (диаметр 7—8 км) сложена образованиями эклогитовой фации метаморфизма, промежуточная (ширина 2—10 км) — амфиболитовой и внешняя — зеленосланце-вой (ширина 15—20 км) (см. рис.1) [2].

Углеродистые отложения развиты в юшин-ской, машакской, зигальгинской и зигазино-комаровской свитах. Их положение в разрезах и литологический состав довольно подробно рассмотрены в работе [3] и здесь не приводятся.

Наиболее широким распространением углеродистые сланцы пользуются в составе зигазино-комаровской свиты (RF2zk). Сложена она в переменных соотношениях хлорит-серицит-кварцевыми, слюдисто-кварцевыми, слюдисто-полевошпат-кварцевыми сланцами, кварцевыми алевролитами и песчаниками, обогащенными углеродистым веществом и по петрохимическим особенностям относящиеся к терригенно-углеродистой формации [5]. В сланцах очень часто наблюдается суль-фидизация от единичных вкрапленных зе-

жилков мощностью до 1 см при содержании сульфидов в породах до 25—30%. Чаще всего в обнажениях и элювиально-делювиальных развалах встречаются в той или иной степени выветрелые породы, в которых на месте первичных сульфидов остаются либо пустоты кубического габитуса, либо образуются зоны кавернозной текстуры, интенсивно ожелезнен-ные. При дальнейшем выветривании на месте таких пород образуются бурые железняки.

Результаты термического анализа (Rock-Eval) углеродистых сланцев зигазино-комаровской свиты Белорецкого метаморфического комплекса показали содержания Сорг от 0,76 до 7,22%, что позволяет отнести их к низкоуглеродистому, реже углеродистому типам (табл. 1). Повышенные значения параметра С = СаО + MgO (1,56-9,02; среднее 3,0) для рассматриваемых углеродистых отложений, наличие прослоев известняков в разрезах свидетельствуют о достаточной мелководности бассейна осадконакопления [6].

Таблица 1

Результаты термического анализа (Rock-Eval) углеродистых сланцев зигазино-комаровской свиты

№ п/п № обр. Н.о., % С , % S1, мг/г S2, мг/г

1 7503-1 95,94 1,19 0,01 0,00

2 7523 91,66 4,31

3 7524 98,18 7,22

4 7505/1 89,33 0,76

В генетическом отношении углеродистое вещество рассматриваемых пород относится к седиментационно-диагенетическому типу и представлено тонкорассеянной формой выделения. Частицы размером не более 0,005 мм равномерно пропитывают всю массу породы или концентрируются в виде пятен, неправильных и линзовидных скоплений. Такая форма нахождения углеродистого вещества обычно характерна для монотонных или неяснослоистых черносланцевых толщ терригенно-углеродистой формации и свидетельствует о сингенетичности первичных скоплений Сорг и осадка [7]. При наличии тонкой

30

горизонтальной слоистости углеродистое вещество обособляется в виде отдельных слоев толщиной от нескольких миллиметров до 1015 см. Содержания углеродистого вещества в отложениях терригенно-углеродистой формации зависят от их гранулометрического и вещественного состава и обычно повышаются при увеличении дисперсности осадка. Согласно данным рентгеноструктурного и термографического анализов, а также электронно-микроскопическим наблюдениям, выполненным для терригенно-углеродистых отложений зигазино-комаровской свиты, углеродистое вещество в них соответствует шунгиту [8].

ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ/

/2015, том 20, № 3 (79) 1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111

В результате исследований разновозрастных углеродсодержащих отложений Дальнего Востока В.П. Ивановой и другими [9] было установлено, что на всем пути преобразования осадков, от начальных стадий диагенеза до высоких уровней метаморфизма, происходит закономерное изменение химического состава и физических свойств сингенетич-ного этим осадкам органического вещества,

что определяет высокую геологическую информативность данных соединений. Первостепенным фактором является закономерная зависимость между температурой выгорания рассеянного органического вещества и степенью метаморфизма пород. Причем по мере возрастания регионального метаморфизма закономерно увеличивается температура выгорания Сорг (табл. 2).

Таблица 2

Соотношение уровней катагенеза и регионального метаморфизма пород со стадиями преобразования органического вещества [9]

Стадия катагенеза и регионального метаморфизма осадков

Температура выгорания Сорг, °С

Стадия углефикации и метаморфизма Сорг

Катагенез (глубинный диагенез)

Катагенез и начальные стадии метаморфизма Фация зеленых сланцев Эпидот-амфиболитовая фация Амфиболитовая фация Гранулитовая фация

до 250

250-530 540-560 560-660 660-700 700-800 840-860

Буроугольная

Каменоугольная Шунгитовая Графитовая

- // -- // -

- // -

Если породы испытали исключительно региональный метаморфизм, то экзотермический эффект характеризуется близкими значениями температуры его начала устойчивыми для пород на больших площадях. Если, помимо регионального метаморфизма, породы испытали еще интенсивный контактовый метаморфизм, то экзотермический эффект характеризуется разнообразными резкими колебаниями при общем повышенном фоне.

Термогравиметрический анализ углеродистых сланцев зигазино-комаровской свиты проводился на дериватографе Q-1500 (Венгрия) (аналитик Т.И. Черникова, Институт геологии Уфимского научного центра РАН). Нагрев осуществлялся на воздухе от 20 до 1000 °С со скоростью 10 °С/мин. Для анализа отбирались образцы наименее измененных пород за пределами зон интрузивных экзоконтактов и интенсивной тектонической переработки, что позволило исключить их влияние и реконструировать степень именно регионального метаморфизма.

Для сланцев зигазино-комаровской свиты экзотермический эффект происходит в диапазоне 630-730 °С (табл. 3), что соответствует биотит-мусковитовому (фация зеленых сланцев) и близок к ставролит-андалузит-биотитовому уровню метаморфизма (эпидот-амфиболитовая фация) [10] (см. рис. 2, табл. 2).

Следует отметить, что больший интерес представляют не абсолютные цифры, а распределение температур по площади. Построение карты изолиний значений температур экзотермического эффекта (метод интерполяции Kriging) позволяет по результатам термогравиметрического анализа выделить зоны с различной степенью метаморфических преобразований (см. рис. 3).

Причем полученная таким путем граница зеленосланцевой и эпидот-амфиболитовой фаций для сланцев зигазино-комаровской свиты, проведенная по изолинии в 660 °С, вполне согласуется с таковой полученной А.А. Алексеевым [1] при построении карты метаморфической зональности Белорецкого

ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ / __

/2015, том 20, № 3 (79) lllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllll E3Q

Таблица 3

Температура начала выгорания и содержание органического углерода в сланцах зигазино-комаровской свиты по результатам термического анализа

№ п/п № обр. Д^ °С С , % орг' № п/п № обр. Д^ °С С , % орг

1 0т-00 670 1,2 9 8814 725 2,2

2 8815 630 0,8 10 8815 630 0,8

3 8801 690 1,4 11 8816 660 1,7

4 8803/1 710 2,1 12 8820 700 1,4

5 8804 700 0,9 13 8822 700 2,3

6 8806 680 2,0 14 8823 710 3,3

7 8810 680 1,8 15 8824 730 3,0

8 8812/1 700 3,9 16 8825 660 1,3

метаморфического комплекса. Автором граница между амфиболитовой и зеленосланце-вой фацией проводилась по изограде граната, а внешняя граница зеленосланцевой — по изограде биотита [1].

Более того, в результате обработки собранного опубликованного и фондового материала по золотоносности углеродистых отложений Белорецкого метаморфического комплекса и его обрамления, а также порядка 200 анализов собственных штуфных и бороздовых проб выявилась очень четкая закономерность размещения повышенных содержаний золота, подобная описанной выше в обрамле-

нии Ларинского купола и Суундукского гранитного массива [3; 11]. В частности, проявления Отнурок, Кудашманово, Улу-Елга, Ишля, Кагарманово, Гадыльшино высокие содержания на горе Широкая, хребте Маярдак и все точки с промышленными значениями золота укладываются в область развития пород с зеленосланцевой фацией метаморфизма [12].

Механизм перераспределения благородных металлов детально рассмотрен в экспериментальной работе Л.П. Плюсниной и др. [13]. Метаморфизм углеродистого вещества сопровождает генерация водно-органического олеофильного флюида-мобилизата, газовых

Иллит? Гётит Ре8г Сорт СаС03

460е 670°

290^

80" ^ 660°

460°

700° 870°

725° ЛллЛАлАДЛ"*^

Рис. 2. Характерные термограммы ДТА для углеродистых сланцев зигазино-комаровской свиты

ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ/

/2(

2015, том 20, № 3 (79)

Рис. 3. Карта изолиний значений температур экзотермического эффекта

(ДТА) для кремнисто-углеродистых сланцев свиты в пределах Белорецкого метаморфического комплекса (метод интерполяции Kriging):

1 - изолинии и их значение (°С), 2 - точки отбора образцов и их номер; 3-6 изограды по А.А. Алексееву [1]: 3 - хлоритоида, 4 - биотита, 5 - граната, 6 - омфацита

фаз и твердого керогена. При этом часть благородных металлов мигрируют за пределы вмещающих пород вместе с мобилизатом, а часть концентрируется в оставшемся объеме керогена. Завершается процесс кристаллизацией графита по керогену при температуре 500 °С, при этом его сорбционная емкость достигает своего максимума в 2700 г/т и 1000 г/т для Аи и Pt соответственно. В самом графите при дегазации образуются поры и пустоты сечением от 200 до 500 мкм, образующие мелкоячеистый пористый каркас. Как следствие, пласты пород с подобным графитом разуплотняются, что повышает их проницаемость для рудоносных растворов, а восстановительная

обстановка способствует рудной минерализации и благоприятствует внедрению метало-фулеренов между плоскостями (002).

По данным А.И. Ханчука и др. [14], ранней формой выделения платины являются тонкодисперсные агломераты размером единицы-десятки микрон, содержащие в своем составе углерод и большое количество других элементов. Последующее усиление метаморфизма и, возможно, переотложение ведут к частичному очищению благородных металлов от примесей и формированию пластинчатых и кристаллических форм.

Таким образом, проведенная работа показывает возможность использования до-

ВЕСТНИК АКАДЕМИИ НАУК РБ / __

/2015, том 20, № 3 (79) lllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllllll Е&1

ЛИТЕРАТУРА

1. Алексеев А.А. Рифейско-вендский магматизм i Южного Урала. М.: Наука, 1984.

2. Алексеев А.А., Ковалев С.Г., Тимофеева Е.А.

40 с.

МГУ. Сер. 4: М.А.,

БНЦ УрО АН СССР, 1989. 117 с.

%

№ 3 (79)