CC BY
18
УДК 549.086.17
Е.И. Ярцев1, И.В. Викентьев2, В.Ю. Прокофьев3
МИНЕРАЛОГО-ГЕОХИМИЧЕСКИЕ СВИДЕТЕЛЬСТВА КОНТАКТОВОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ РУД ДЖУСИНСКОГО КОЛЧЕДАННО-ПОЛИМЕТАЛЛИЧЕСКОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ (ЮЖНЫЙ УРАЛ)4
Джусинское колчеданно-полиметалическое месторождение характеризуется обильной концентрацией даек основного и среднего состава. С процессом внедрения пострудных даек связаны термальный метаморфизм руд и перекристаллизация рудных минералов. Выявлено закономерное увеличение температуры гомогенизации от 156 °С на удалении от дайки до 287—305 °С в контактовой зоне. Обнаруженные высокосоленые (6,4—15,7 масс.%-экв. NaCl) углекислотно-водно-солевые флюиды, имеющие высокое давление (до 1500 бар), могут быть связаны с процессами контактового и регионального метаморфизма.
Ключевые слова: Джусинское месторождение, колчеданные руды, контактовый метаморфизм.
Dzhusа volcanogenic massive sulfide deposit is characterized by a high concentration of dykes of basic and intermediate rocks. Thermal metamorphism of ore and recrystallization of ore minerals were caused by formation of post-ore dykes. It was shown that homogenization temperature regular increased from 156 °С at a distance of the dyke to 287—305 °С in its contact zone. Highly saline (6,4—15,7 wt.% eq. NaCl) water fluids saturated with CO2 suggest high pressure conditions (up to 1500 bars) and can result from contact and regional metamorphism.
Key words: Dzhusа ore deposit, massive sulfide ore, contact metamorphism.
Введение. Большинство колчеданных месторождений Урала несет признаки метаморфического воздействия от слабого (цеолитовая и пренит-пумпеллиитовая фации) до умеренного (зеленосланцевая фация) и сильного (эпидот-амфиболитовая и амфиболитовая фации). Среди условий метаморфизма колчеданных месторождений Урала преобладает пренит-пумпеллиитовая фация, которой отвечают заметные преобразования [Ярош, 1973; МкеМуеу й а1., 2016]. Выделяются следующие типы метаморфизма: региональный (погружения и динамический) и контактовый, который в свою очередь можно подразделить на региональный, связанный с гранитами, и локальный, связанный с дайками. Последний наименее изучен (см. например, [Вахромеев, 1956; Пшеничный, Кулагина, 1968]). В результате метаморфизма руды были перекристаллизованы и в основном утратили тонкозернистый, колломорфный или брекчиевый облик, став массивными, а у контактов рудных тел (включая секущие контакты с дайками) — полосчатыми.
Преобразование колчеданных руд различными термальными процессами приводит к изменению минеральных форм нахождения в них важных
полезных компонентов, в том числе благородных металлов [Викентьев, 2004]. Поэтому изучение таких процессов имеет не только научный, но и практический интерес. Статья посвящена оценке физико-химических параметров термального метаморфизма колчеданно-полиметаллических руд Джусинского месторождения, связанного с процессом внедрения пострудных даек, который сопровождался гидротермальной деятельностью.
Джусинское колчеданно-полиметаллическое месторождение — наиболее крупный рудный объект в Теренсайском рудном районе Южного Урала [Еремин и др., 1968]. К геологическим предпосылкам наличия метаморфизованных руд относится широкое распространение субвулканических и жильных магматических образований. Еще на первых стадиях изучения Теренсайского района была отмечена приуроченность сульфидной минерализации к участкам максимальной концентрации субвулканических тел диабазов и габбро-диабазов [Еремин и др., 1964, 1968]. На месторождении описаны также жильные тела диоритового состава магнитогорского гранодиоритового комплекса. Часть субвулканических тел габбро-диабазового комплекса — дорудные, а другая — пострудные
1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра геологии, геохимии и экономики полезных ископаемых, мл. науч. с.; e-mail: [email protected]
2 Институт геологии рудных месторождений, минералогии, петрографии и геохимии РАН, гл. науч. с.; e-mail: [email protected]
3 Институт геологии рудных месторождений, минералогии, петрографии и геохимии РАН, вед. науч. с.; e-mail: vpr2004@ igem.ru
4 Работа выполнена за счет гранта Российского научного фонда (проект № 14-17-00693).
Рис 1. Географическая схема расположения Джусинского колчеданного месторождения. Пунктирные линии — железные дороги, сплошные линии — автомагистрали
дайки. Жильные образования диоритового состава — пострудные, поскольку секут рудные тела. Нами изучены флюидные включения в новообразованных минералах сульфидных руд, связанных с внедрением даек.
Геологическая характеристика месторождения. Джусинское колчеданно-полиметаллическое месторождение расположено в Адамовском районе Оренбургской области, в 70 км на северо-восток от г. Орск (рис. 1). Месторождение приурочено к центральной части Теренсайской антиклинали, входящей в Джусинско-Домбаровский вулканический пояс и сложенной вулканогенными породами карамалыташской свиты [Еремин и др., 1968; Серавкин и др., 1994; Glasby е! а1., 2008]. Рудные тела находятся в породах андезит-дацитовой вулканогенной формации [Рихтер, 2005; У1кеШуеу е! а1., 2016]. По конодонтам в настоящее время Джусин-ский комплекс датируется ранним эмсом—эйфелем [Артюшкова, 2000; Хан и др., 2007]. Оруденение
локализовано среди мето-соматически измененных пород среднего состава. Месторождение образовано 18 неправильно-линзовидными рудными телами (рис. 2). Текстуры руд преимущественно массивные, реже полосчатые, брекче-видные и прожилково-вкрапленные [Викентьев
Ч\\\\Ч\\
чччччччч чччччччч чччччччч
1
V V V V
V V V V
Г2 I
г Г
г г
ж
160.3
р.т 2
10
11
12
69,800
Рис 2. Геологическая карта Центрального участка Джусинского месторождения (составил Е.И. Ярцев): 1 — кварц-серицит-хлоритовые метасоматиты, 2 — андезиты, 3 — дациты,
4 — субвулканические дациты,
5 — габбро-порфириты, 6 — дайки диоритов, 7 — колчеданные и полиметаллические руды, 8 — серноколчеданные руды, 9 — геологические границы (а — установленные, б — предполагаемые), 10 — углы падения контактов рудных тел, 11 — границы уступов карьера и высотные отметки, 12 — номера
рудных тел
Рис. 3. Схема отбора проб для термометрических исследований: 1 — полиметаллические руды, 2 — колчеданные руды, 3 — дайки диоритов магнитогорского комплекса, 4 — места отбора и номера проб (по материалам И.В. Викентьева)
и др., 2007]. Основной рудный минерал представлен пиритом (60—90 об.%). Распространены также халькопирит, сфалерит, галенит, блеклая руда. Как отмечено выше, на месторождении широко развиты дайки основного состава (габбро-порфириты), принадлежащие к позднеэйфельско-позднедевонскому габбро-диабазовому комплексу, и среднего состава (микродиориты, кварцевые диориты), принадлежащие к раннекаменноу-гольному магнитогорскому гранодиоритовому интрузивному комплексу. Мощность, как первых, так и вторых, варьирует от 1—2 м до нескольких десятков метров.
Жильные тела магнитогорского комплекса имеют отчетливо секущее положение по отношению к рудным телам. Соотношения даек габбро-диабазового комплекса с рудами сложные, бывают как отчетливо секущие, так и согласные. Во многих случаях интерпретация наблюдаемых соотношений осложняется сильным рассланцеванием, наложенным как на вмещающие андезито-дациты, так и на многие дайки. Региональный метаморфизм соответствует зеленосланцевой фации.
Минераграфические исследования руд из зоны контакта с дайками диоритов показали отсутствие видимых признаков перекристаллизации основных рудных минералов. Текстура руды полосчатая. Под небольшим углом вдоль контакта, на расстоянии 1 см от дайки в руде развит прожилок сфалерита, в котором встречено единичное зерно магнетита. Перпендикулярно контакту с дайкой в руду проникают прожилки карбоната и барита; они пересекают сфалеритовый прожилок, огибая остальные рудные минералы. Кроме того, параллельно контакту с дайкой, на расстоянии 2 мм от него, развита трещина, заполненная мелкозернистой нерудной (породной) массой с кристаллами рутила. Другие отличия руд из контактовой зоны с дайкой диоритов от руд, взятых на удалении от дайки, не наблюдаются.
Ранее [Еремин, 1964] на месторождении были установлены признаки воздействия даек диоритов на руды в виде образования крупнокристаллического магнетита по пириту в узкой зоне контакта руды с дайкой. В исследованных нами образцах
Рис. 4. Флюидные включения в минералах Джусинского колчеданно-полиметаллического месторождения: а—в — двухфазовые газово-жидкие типа 1 (а — в сфалерите, б — в кальците, в — в кварце); г—е — углекислотно-водные типа 2 (г — группа первичных включений, д — +30 °С, е — +15 °С); ж, з — газовые с плотной углекислотой типа 3 (ж — +20 °С, е — +10 °С)
Результаты термо- и криометрических исследований первичных индивидуальных флюидных включений в минералах
Джусинского месторождения
Номер пробы, расстояние от контакта, м Минерал, тип включений* n Т °С Т °С Т °С ^пл. льда > ^ Тпл. СО2, С Т гом. СО2, С С солей, масс. %-экв. NaCl Р, бар
Колчеданно-полиметаллические руды на разном расстоянии от дайки
Дж10; 0 Сфалерит, 1 6 305-287 -35...-36 -9,0.-4,0 - - 12,9-6,4 -
Сфалерит, 2 6 238-228 -34 -5,6 -57,6 14,2 Ж 6,9 -
Дж9; 10 Сфалерит, 1 2 272 -37 -4,9 - - 7,7 -
Дж8; 20 Сфалерит, 1 5 217 -26 -6,6 - - 10,0 -
Дж7; 30 Сфалерит, 1 3 156 -37 -6,9 - - 10,4 -
Кварц-карбонат-халькопиритовая жила в дайке габбро-порфиритов
Ядж9б Кальцит, 1 12 203-199 -51.-48 -11,1.-10,4 - - 15,1-14,4 -
Кварцевая жила в колчеданно-полиметаллических рудах
Дж13 Кварц, 1 19 141-137 -53.-47 -11,7.-8,2 - - 15,7-12,5 -
Кварцевая жила в серноколчеданных рудах
Дж17 Кварц, 2 18 254-232 -36.-35 -6,5.-5,2 -57,2.-58,1 14,5-29,6 Ж 8,9-6,6 1500-1170
Кварц, 3 5 - - - -57,2 12,1-17,9 Ж -
Примечания: * — тип флюидных включений: 1 — двухфазовые газово-жидкие, 2 — углекислотно-водные, 3 — газовые; п — число исследованных включений; Ж — гомогенизация углекислоты в жидкую фазу; прочерк — отсутствие данных.
воздействие даек магнитогорского комплекса на руды проявлено слабо, только в узкой зоне контакта (несколько сантиметров), и выражено в основном в перекристаллизации руд вдоль контактов даек. Отметим, что в эндоконтактовой зоне дайка сильно рассланцована.
Методы исследований. Геологические наблюдения сделаны в ходе картирования карьера в 2006—2012 гг., которое сопровождалось штуфным опробованием (более 300 проб). Из образцов были изготовлены прозрачные и полированные шлифы, двустороннеполированные пластинки, которые исследовали микроскопическими методами.
Для изучения физико-химических параметров гидротермального метаморфизма руд и химического состава рудообразующих флюидов проведены микротермометрические исследования флюидных включений в маложелезистом сфалерите из проб, отобранных вкрест простирания рудного тела с шагом 10 м от контакта дайки диоритов к периферии рудного тела (рис. 3). Также изучены флюидные включения в кварце из кварцевых жил в серноколчеданных (образец Дж17) и полиметаллических рудах (образец Дж13) и в кальците из кварц-карбонат-халькопиритовой жилы в дайке габбро-порфиритов (образец Ядж9б) (таблица).
Микротермометрические исследования флюидных включений проводились в секторе минераграфии ИГЕМ РАН с использованием измерительного комплекса, созданного на основе микротермокамеры THMSG—600 фирмы <^ткат» (Англия), микроскопа «АтрИуа1» (Германия), снабженного набором длиннофокусных объективов, видеокамеры и управляющего компьютера. Комплекс позволяет в режиме реального времени измерять температуру фазовых переходов внутри включений в температурном интервале от
— 196 до 600 °С, наблюдать за ними при больших увеличениях и получать электронные микрофотографии. Солевой состав растворов определялся по температурам эвтектик [Борисенко, 1977]. Концентрация солей в растворе включений оценивалась по температурам плавления льда с использованием данных для солевой системы NaCl-H2O из работы [Bodnar, Vityk, 1994]. Для включений, содержащих плотный углекислотно-метановый флюид, вводилась поправка на влияние углекислоты. Давление оценивалось для гетерогенного флюида по пересечению изохоры и изотермы. Концентрацию солей и давлений флюида оценивали с использованием программы FLINCOR [Brown, 1989].
Исследование флюидных включений. При визуальном изучении двусторонне полированных пластин образцов из Джусинского месторождения в сфалерите, кальците и кварце обнаружены многочисленные флюидные включения размером 1—20 мкм, имеющие форму отрицательных кристаллов или неправильную. Иногда встречаются флюидные включения, равномерно распределенные по объему минерала-хозяина. Эти включения отнесены нами к первичным включениям. Группы флюидных включений, приуроченные к трещинам, не выходящим за пределы кристаллов, отнесены нами к первично-вторичному генетическому типу включений. Включения, приуроченные к секущим трещинам, — вторичные.
По фазовому составу можно выделить три типа флюидных включений (рис. 4): 1) двухфазовые газово-жидкие включения; 2) углекислотно-водные включения; 3) существенно газовые включения с плотной углекислотой. Газовые включения захватывались синхронно с углекислотно-водными включениями (приурочены к одним и тем же
зонам), что свидетельствует о гетерогенном состоянии рудообразующего флюида. Результаты термо- и криометрических исследований 76 индивидуальных флюидных включений представлены в таблице.
Первичные газово-жидкие (тип 1) флюидные включения в сфалерите проб из разреза, перпендикулярного дайке, гомогенизируются в жидкость при температуре 156—305 °С и имеют концентрацию солей 6,4—12,9 масс. %-экв. №С1. В растворе включений преобладали хлориды натрия и магния (температура эвтектики составила -26...-37 °С). Плотность флюида 0,81—0,99 г/см3.
Первичные углекислотно-водные включения (тип 2) в сфалерите гомогенизируются при температуре 228—238 °С, концентрация солей в растворе составляет 6,9 масс.%-экв. №С1, углекислоты — 4,6 моль/кг раствора. В растворе флюидных включений преобладают хлориды натрия и магния (температура эвтектики -34 °С). Плотность флюида 1,04 г/см3.
Первичные газово-жидкие (тип 1) флюидные включения в кальците из кварц-карбонат -халькопиритовой жилы в дайке габбро-порфиритов гомогенизируются в жидкость при температуре 199—203 °С и имеют концентрацию солей 14,4— 15,1 масс. %-экв. №С1. В растворе флюидных включений преобладают хлориды натрия и кальция (температура эвтектики от -51 до -48 °С). Плотность флюида 0,97—0,98 г/см3.
Первичные газово-жидкие (тип 1) флюидные включения в кварце из прожилка в колчеданно-полиметаллической руде гомогенизируются в жидкость при температуре 137—141 °С, раствор в них имеет концентрацию солей 12,5—15,7 масс.%-экв. №С1. В растворе флюидных включений преобладают хлориды натрия и кальция (температура эвтектики от -53 до -47 °С). Плотность флюида
1.02-1,04 г/см3.
Первичные углекислотно-водные включения (тип 2) в кварце из прожилка в серноколчедан-ной руде гомогенизируются при температуре 232-254 °С, концентрация солей в растворе составляет 6,6-8,9 масс.%-экв. №С1, углекислоты —
2.3-4,3 моль/кг раствора. В растворе флюидных включений преобладают хлориды натрия и магния (температура эвтектики от -35 до -36 °С). Плотность флюида 1,02-1,03 г/см3.
Углекислота в первичных и первично-вторичных существенно газовых включениях типа 3 гомогенизируется в жидкость при температуре 17,9-12,1 °С, а ее температура плавления составляет -57,2 °С, что не слишком отличается от температуры плавления чистой СО2 (-56,6 °С) и свидетельствует о небольшой примеси низкоки-пящих газов. Плотность углекислотного флюида 0,80-0,85 г/см3. Оценка давления по этим двум типам сингенетичных включений составляет от 1170 до 1500 бар для интервала 232-254 °С.
Обсуждение результатов. Судя по данным исследования флюидных включений, в минералах колчеданно-полиметаллических руд обнаружены по крайней мере три типа флюида: углекислотно-водно-солевой флюид и два хлоридных водно-солевых (натрий-магниевый и натрий-кальциевый). Значения температуры формирования первичных гидротермальных руд колчеданных месторождений Урала составляют 180-390 °С, а концентрация минералообразующих флюидов изменяется от 2 до 8 масс.%-экв №С1 [Викентьев, 2004]. Как видно на диаграмме температура-соленость (рис. 5), большинство полученных нами данных о температуре и солености отличается от таковых для минералообразующих флюидов, формировавших первичные руды.
400
300
о
200
100
10 15 20
С, масс. %
Рис. 5. Диаграмма температура-соленость для минералообразую-щих флюидов колчеданно-полиметаллических руд Джусинского месторождения: 1 — сфалерит, 2 — кальцит, 3 — кварц, пунктир — область формирования гидротермально-осадочных руд
Очевидно, изученные нами флюиды связаны с более поздними процессами перекристаллизации и метаморфизма руд месторождения. Вполне вероятно, что некоторые флюиды были связаны с внедрением даек среднего и основного состава, в температурном поле которых могли активизироваться поровые флюиды. Это подтверждается уменьшением температуры гомогенизации флюидных включений с хлоридными натрий-магниевыми флюидами по мере удаления от дайки в изученном нами разрезе (рис. 6). В то же время углекислотно-
о
350 300 250 200 150 100
0м
Юм
20 м
30 м
10
9 8
Номера проб
Рис. 6. Уменьшение температуры гомогенизации включений по мере удаления от дайки
водно-солевые флюиды, имеющие высокое давление (до 1500 бар), могли быть связаны с процессом регионального метаморфизма. Включения аналогичных флюидов встречены в сфалерите на контакте с дайкой. Это, вероятно, связано с повышенной проницаемостью контактовой зоны в течение продолжительного периода.
Таким образом, проведенное впервые исследование флюидных включений в минералах
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Артюшкова О.В. Конодонтовые комплексы эмса — среднего девона Магнитогорского мегасинклинория и их стратиграфическая приуроченность // Бюлл. МОИП. Отд. геол. 2000. Т. 75, вып. 2. С. 16-23.
Вахромеев И.С. О возрастных взаимоотношениях колчеданной руды Учалинского месторождения с дайками жильных порфиритов // Изв. АН СССР. Сер. геол. 1956. № 5. С. 66-72.
Викентьев И.В. Условия формирования и метаморфизм колчеданных руд. М.: Научный мир, 2004. 344 с.
Викентьев И.В., Шишакова Л.Н., Магазина Л.О., Еремин Н.И. Особенности минерального состава руд Джусинского колчеданно-полиметаллического месторождения (Ю. Урал) // Металлогения древних и современных океанов — 2007. Гидротермальные и гипергенные рудоносные системы. Миасс: ИМин УрО РАН, 2007. С. 135-141.
Ерeмин Н.И., Коган Б.С. Взаимоотношения даек и оруденения на Джусинском колчеданно-полиметалличе-ском месторождении (Южный Урал) // Бюлл. МОИП. Отд. геол. 1964. Т. 39, № 6. С. 137-138.
Еремин Н.И., Воробьев В.И., Петрова Г.С., Яковлев Г.Ф. Теренсайский рудный район // Палеозойский вулканизм и колчеданные месторождения Южного Урала. М.: Изд-во Моск. ун-та, 1968. С. 177-208.
Пшеничный Т.Н., Кулагина М.А.. Метаморфизм руд Сибайского колчеданного месторождения (Южный Урал) у контактов с дайками габбро-диабазов // Геол. рудных месторождений. 1968. Т. 10, № 2. С. 49-59.
Рихтер Я.А. Современные и древние рудообра-зующие гидротермально-магматические системы: зо-
колчеданно-полиметаллических руд Джусинского месторождения позволило получить новые данные о составе флюидов, участвовавших в процессах метаморфизма и гидротермально-метасоматической перекристаллизации богатых колчеданно-полиметаллических рудах, и оценить температуру и давление при их перекристаллизации.
нальность и динамика развития // Геотермальные и минеральные ресурсы областей современного вулканизма: Мат-лы междунар. полевого Курило-Камчатского семинара, 16 июля 2005 г. / Гл. ред. С.Н. Рычагов. Петропавловск-Камчатский: Оттиск, 2005. С. 217—232.
Серавкин И.Б., Знаменский С.Е., Косарев А.М. и др. Вулканогенная металлогения Южного Урала. М.: Наука, 1994. 160 с.
Хан И.С., Серавкин И.Б., Хан Г.Н. О перспективах выявления промышленных залежей медноколчеданных руд в северной части Домбаровского рудного района // Информац. мат-лы ИГ УНЦ РАН. Геол. сб. 2007. № 6. С. 206-214.
Bodnar R.J., Vityk M.O. Interpretation of microterhrmo-metric data for H2O-NaCl fluid inclusions // Fluid inclusions in minerals: methods and applications / Ed. by B. De Vivo, M.L. Frezzotti. Siena: Pontignano, 1994. P. 117-130.
Brown P. FLINCOR: a computer program for the reduction and investigation of fluid inclusion data // Amer. Miner. 1989. Vol. 74. P. 1390-1393.
Glasby G.P., Maslennikov V.V, Prozherova I.A., Petuk-hov S.I. Jusa and Barsuchi Log volcanogenic massive sulfide deposits from the Southern Urals of Russia: Devonian analogs of the Kuroko deposits of NE Honshu, Japan // Res. Geol. 2008. Vol. 58 (3). P. 313-324.
Vikentyev I.V., Belogub E.V., Novoselov K.A., Moloshag V.P. Metamorphism of volcanogenic massive sulphide deposits in the Urals. Ore geology // Ore Geology Reviews. 2016. DOI: 10.1016/j.oregeorev.2016.10.032
Поступила в редакцию 20.10.2016
