CC BY
46
УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ КАЗАНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА Том 151, кн. 1 Естественные науки 2009
УДК 553.549.3
НОВЫЕ ДАННЫЕ ПО ГИДРОТЕРМАЛЬНО-ИЗМЕНЕННЫМ ПОРОДАМ САФЬЯНОВСКОГО КОЛЧЕДАННОГО МЕСТОРОЖДЕНИЯ (СРЕДНИЙ УРАЛ)
Е.И. Сорока, В.П. Молошаг, Л.В. Леонова, А.А. Галеев
Аннотация
Сафьяновское колчеданное месторождение имеет ряд особенностей, отличающих его от колчеданных месторождений уральского типа (Гайского, Дегтярского, Узель-гинского и др.). На контакте с рудными телами была выделена зона измененных пород алунит-каолинит-серицит-пирит-кварцевого состава, образование которой происходило в низкотемпературных условиях кислой среды. Температура образования метасома-титов соответствовала энаргитовой субфации руд (180-300 °С), о чем косвенно свидетельствуют и данные, полученные методом ЭПР. В рудной зоне наблюдается повышенное содержание легких РЗЭ, обнаружен редкоземельный алюмофосфат стронция (гойяцит), который отлагался совместно с баритом.
Ключевые слова: колчеданные месторождения, метасоматическая зональность, энаргит, алунит, каолинит, серицит, барит, РЗЭ-алюмофосфаты, ЭПР-спектры.
Введение
Колчеданные месторождения Урала подразделяются на пять типов: домба-ровский (кипрский), уральский, баймакский (малокавказский), рудноалтайский и филизчайский [1]. Наиболее распространены месторождения уральского типа. К ним относится большинство месторождений Магнитогорского и Тагильского погружений, а за их пределами месторождения Медногорского рудного района и Восточно-Уральского поднятия. В них сосредоточена основная доля промышленных запасов руд, в том числе крупные: Дегтярское, Узельгинское, Сибайское, Подольское, Юбилейное и уникальное по запасам меди Гайское месторождение. Главная особенность геологической позиции месторождений уральского типа - приуроченность к вулканитам натриевой риолит-базальтовой формации, распространенной в виде субмеридиональных палеовулканических поясов. Колчеданные залежи располагаются преимущественно в верхней части разреза этой формации, в толщах кислых риолит-дацитовых вулканитов или на контактах их со смежными базальтовыми и андезито-базальтовыми толщами. В пределах указанных толщ рудные тела приурочены к горизонтам вулканогенно-осадочных пород. Отдельные месторождения уральского типа в той или иной степени подвергались метаморфическим изменениям, связанным с внедрением интрузий гранитоидов или метаморфизмом линейных зон.
Недавно открытое Сафьяновское колчеданное месторождение расположено в 10 км к северо-востоку от г. Реж (рис. 1). Оно локализовано в пределах Восточно-Уральского поднятия в южной части Режевской структурно-формационной
60°
V < е О Алапаевск Нижнии Тагил \ч Э РежоП \ ЦЕкатеринбург ^
д & 'гх 1 Челябинск У- 50кМ
60°
Рис. 1. Обзорная карта района. Затемненным прямоугольником показано примерное расположение Сафьяновского рудного поля
зоны Половина запасов меди месторождения представлена прожилково-вкрап-ленными рудами в гидротермально-измененных вулканогенно-осадочных породах. По составу главных рудных минералов, ассоциации с кислыми вулканогенными породами, широкому развитию серицит-кварцевых метасоматитов Сафьяновское месторождение сходно с уральским типом колчеданных месторождений. В то же время оно имеет ряд особенностей.
Сафьяновское месторождение локализовано в измененных вулканитах кислого и среднего состава [2], которые вскрыты в карьере Главной рудной залежи (рис. 2). Главная залежь массивных, колчеданных руд имеет длину 400 м, ширину до 140 м. Западный ее контакт совпадает с Сафьяновским разломом, а восточный - близок к Восточному разлому, имеющему крутое западное и северо-западное падение. Южный фланг залежи резко выклинивается, а северный переходит в серию апофиз, которые представлены массивным медным колчеданом и прожилково-вкрапленными рудами. В западной части Главной залежи развит преимущественно медный колчедан, а в юго-восточной - медно-цинковый колчедан. Вблизи западного контакта залежи выделяется субмеридиональ-ная зона богатых медных руд шириной от 2 до 30 м. К залежи массивных руд с запада примыкают прожилково-вкрапленные медные руды. Массивные медноколчеданные руды состоят в основном из пирита, халькопирита и сфалерита. В подчиненном количестве присутствуют блеклые руды (теннантит и тетраэдрит), дигенит, энаргит, фаматинит и галенит; редко встречаются марказит, пирротин, арсенопирит, золото. Медно-цинковые руды отличаются повышенным содержанием сфалерита и присутствием галенита. Прожилково-вкрапленные руды развиты в серицит-кварцевых метасоматитах. Сульфиды представлены пиритом и халькопиритом, в подчиненном количестве встречаются сфалерит, теннантит, энаргит, а к редким минералам относятся галенит, фаматинит, гес-сит, эмпрессит, тетрадимит, теллуровисмутит, сульфотеллурид висмута [3].
Рис. 2. Общий вид северо-восточной части карьера, которым разрабатывается Главная рудная залежь Сафьяновского колчеданного месторождения
1. Методы и результаты исследований
Нами изучались кварц-серицитовые метасоматиты в тектонической зоне субмеридиональных разломов на контакте рудных тел Главной залежи (рис. 3). Пробы отбирались в бортах карьера на линиях 5, 6, 7 и горизонтах 140, 130 и 120 м, где рудные породы перемежаются с обеленными породами преимущественно серицит-кварцевого состава (рис. 4). Субстратом метасоматитов являются вулканиты кислого состава и брекчии. Брекчии, скорее всего, имеют тектоническое происхождение. В бортах карьера четко прослеживаются тектонические зоны, которые часто сопровождают зеркала скольжения, а иногда будинаж.
В цементе обломочных пород отмечаются биоморфные образования, а также графит и следы ископаемого рассеянного органического вещества (РОВ). Для изучения РОВ применялся метод электронного парамагнитного резонанса (ЭПР). Этот метод позволяет выявлять сигналы ЭПР-радикалов без разрушения минеральной части пород. Предпосылкой применения этого метода к изучаемым породам послужили данные по исследованиям осадочных морских отложений [4].
Исследования изучаемых пород проводились в лаборатории физики минералов Казанского государственного университета. Запись спектров исходных образцов и прогретых при температурах 350 и 600 °С в течение 30 мин производилась при комнатной температуре в автоматическом режиме на портативном спектрометре ПС100.Х с рабочей частотой 9.2 ГГц.
В результате исследований углеродные радикалы (Яс-о^) были установлены на спектрах ЭПР в образцах обеленных приконтактовых метасоматитов
Рис. 3. Схема отбора образцов в карьере Главной рудной залежи Сафьяновского колчеданного месторождения
(обр. 19-05) и брекчии (Саф 121/99). Наиболее отчетливые сигналы углеродного радикала наблюдались в более темной части цемента брекчии: в исходном образце одиночная линия характеризуется положением в спектре с g ~ 2.0031 ± 0.0001 и шириной ~0.5 мТл (рис. 5). При нагреве пробы до более 350 °С она практически исчезает. Такое поведение сигнала углеродного радикала свидетельствует о наличии остатков органического вещества, претерпевшего метаморфизацию
Рис. 4. Обеленные породы на контакте с рудным телом на горизонте 140, 0 м между разведочными линиями 5-6. Высота борта 10 м. Сплошной линией показана граница зоны контакта с рудным телом; стрелкой показана область развития минеральной ассоциации алунит-каолинит-серицит-пирит-кварц; точками показана примерная граница развития ассоциации каолинит-серицит-хлорит-кварц (примерно 1 м от границы с рудным телом)
Исходный
324 324 5 325 325,5 326 326,5 327 327,5 328
Магнитное поле, мТл
Рис. 5. Спектры ЭПР темноцветной части образца вулканической брекчии (Саф 121/99) Сафьяновского колчеданного месторождения, термически обработанной в лабораторных условиях при 350 °С и 600 °С. Отмечены линии радиационных центров в кварце (Е') и углеродных радикалов (Яс-о^)
в природных условиях под воздействием температуры не выше 300°С. Объясняется это тем, что образование радикала в его наименее полимеризованной компоненте практически завершено, тогда как в наиболее термически устойчивой компоненте, обогащенной ароматической составляющей, ещё не достигло своего максимума. При последующем нагреве пробы до 600 °С появляется слабая одиночная линия другого углеродного радикала с g ~ 2.0027 ± 0.0001 и шириной ~0.2 мТл (рис. 5).
Наиболее мощная зона обеленных серицит-кварцевых метасоматитов наблюдается на горизонте 140 м, где были отобраны образцы по мере удаления от контакта (1-4 м) с рудными телами (рис. 4). При помощи рентгенофазового анализа отобранных образцов (Институт геологии и геохимии УрО РАН, оператор Т.Я. Гуляева) было установлено наличие каолинита практически во всех образцах обеленных пород, а также в незначительном количестве, но практически всегда присутствуют алунит, серицит, гипс и барит. Силикатный анализ показал, что содержание А1203 в некоторых образцах достигает 28 мас. % (табл. 1).
В 4 м от контакта с рудной зоной, представленной богатыми медновкрап-ленными рудами, между линиями 6-7, состав пород преимущественно кварц-хлоритовый с каолинитом и пиритом. Ближе к контакту с рудной зоной, представленной медным колчеданом (примерно в 1 м), состав обеленных пород каолинит-кварцевый с незначительной примесью хлорита. Непосредственно на контакте с рудной зоной, представленной медным колчеданом, между линиями 5-6, сильно рассланцованная порода состоит из кварца, гидрослюды, каолинита, алунита и пирита (рис. 4). Отмечаются более светлые прожилки с алунитом, серицитом и пиритом. Алунит находится в тонких сростках с серицитом и слагает прожилки и межзерновое пространство. В шлифах иногда наблюдается замещение полевых шпатов алунитом и серицитом. Наиболее четкие пики отражения алунита на рентгеновских дифрактограммах соответствуют 5.77, 4.96, 2.99, 2.29, 1.92 А. Алунит подтвержден термовесовым анализом (Институт геологии и геохимии УрО РАН, оператор В.Г. Петрищева). Для алунита выделяются два эндотермических максимума: первый - при 560 °С, связанный с потерей конституционной воды, и второй - при 820 °С, обусловленный диссоциацией безводных квасцов (рис. 6).
Таким образом, в измененных породах вблизи рудных тел намечается следующая зональность: непосредственно на контакте с рудными телами находится зона наиболее глиноземистых образований алунит-каолинит-серицит-пирит-кварцевого состава, а затем следует каолинит-серицит-хлорит-кварцевая зона (рис. 4). Предыдущими исследователями на месторождении были выделены следующие зоны: каолинит-карбонат-кварцевых метасоматитов, хлорит-гидро-серицит-кварцевых, карбонат-гидросерицит-хлорит-кварцевых и кварцевых ме-тасоматитов [2, 5].
2. Обсуждение и выводы
Поскольку ассоциация глиноземистых минералов с алунитом на Сафьянов-ском месторождении развита на контакте с рудной зоной, можно предположить ее близко-одновременное происхождение с рудными минералами. Присутствие
Табл. 1
Химический состав метасоматитов Сафьяновского колчеданного месторождения (горизонты 140-130 м)
№ обр. ЭЮг ТЮ2 А1203 Ре203 РеО МпО ]\/^0 СаО Ыа20 к2о Н2СГ П.п.п. р2о5 5042- О о э2- Сумма
10-05 53.05 0.23 24.48 3.56 0.13 0.01 2.23 0.34 0.25 4.36 6.58 1.34 0.15 1.58 2.18 98.29
13-05 7.54 0.07 5.27 56.75 <0.10 0.19 0.33 0.11 0.62 0.16 29.92 0.08 0.39 <0.10 32.76 101.43
14-05 55.98 0.30 24.77 2.62 0.54 0.01 0.97 0.59 3.04 5.48 0.42 4.94 0.14 0.46 <0.10 2.09 100.26
15-05 71.24 0.10 7.81 7.17 3.34 0.01 2.70 0.48 0.13 0.16 <0.10 6.16 0.08 0.56 <0.10 5.04 99.94
16-05 58.66 0.10 17.90 9.15 0.40 0.01 0.48 0.31 0.10 0.21 0.20 12.00 0.06 0.45 <0.10 7.24 100.03
17-05 68.96 0.12 11.36 3.25 0.11 <0.10 0.44 0.58 0.20 1.59 0.40 6.48 0.06 1.89 <0.10 2.38 95.44
18-05 68.44 0.11 15.00 4.96 0.40 <0.10 0.56 0.37 0.33 2.20 0.72 6.48 0.10 0.41 <0.10 3.88 100.08
19-05 37.70 0.05 28.33 2.07 0.12 <0.10 0.12 0.35 0.19 4.06 0.36 17.34 0.17 1.59 <0.10 5.26 92.45
Примечание. Анализы выполнены в ИМин УрО РАН, г. Миасс.
НОВЫЕ ДАННЫЕ ПО ГИДРОТЕРМАЛЬНО-ИЗМЕНЕННЫМ ПОРОДАМ... 241
Рис. 6. Термограмма образца алунит-серицит-каолинит-пирит-кварцевой породы (обр. 19/05)
алунита характерно для выделенной В.П. Логиновым (1976) формации колчеданных месторождений с рудами, содержащими энаргит и люцонит [6]. Руды этих месторождений пространственно и генетически связаны с вулканитами кремнекислого состава. Их образование происходило в условиях окислительной среды. В структуре люцонита и энаргита (Cu3AsS4 - Cu3SbS4) мышьяк и сурьма присутствуют в окисленном пятивалентном состоянии, что свидетельствует о повышенной активности кислорода при их образовании. Считается, что на Сафьяновском месторождении энаргит образовался при участии газообразных соединений мышьяка в виде AsS, то есть при достаточно высоком значении давления паров серы (-logfS2 = 10-12) [7]. Температура образования энаргитовой субфации 180-300 °С (табл. 2). Как видно из диаграммы (рис. 7), для 250 °С образование глиноземистой ассоциации алунита, мусковита, каолинита одновременно с энаргитом возможно при достаточно высокой активности кислорода (log fo2 = -38) в области значений pH от 2.8-5.2. При pH выше 4.5 происходит образование преимущественно серицита. Судя по диаграмме log fO2 -pH, барит образовывался при нейтральных значениях pH. Он является здесь более поздним широко распространенным минералом. Месторождения упомянутой формации распространены в пределах Средногорской структурно-метал-логенической зоны: Бор (Югославия), Елшице, Челопеч (Болгария). К ним также можно отнести Маднеули, Мец-Дзор и Биттибулахское месторождение пи-рит-энаргитовых руд (Малый Кавказ).
На собственно алунитовых, а также меднопорфировых и эпитермальных месторождениях в ассоциациях с алунитом, люцонитом и энаргитом довольно часто отмечаются фосфор-алюминиевые сульфаты и арсенаты с примесями
Табл. 2
Минеральные ассоциации и термохимические условия образования руд колчеданных месторождений Урала
Фации Субфации Типоморфные минералы Акцессорные минералы T, °С -log fS2
Борнито- вая (7) Энаргит-дигенитовая py, sp, dg, ba bt, str, jal, mc, (Au, Ag), alun 150-230 9-12
(6) Блеклорудная py, bn, sp, flz, ba mw, col, ger, st, (Au, Ag), alun 150-300 8-3
Халько- пирито- вая (5) Энаргито-вая py, cp, en (Au, Ag), alt, alun 180-300 10-12
(4) Блеклорудная py, cp, sp, flz, ± hm теллуриды золота, серебра, висмута, суфотел-луриды серебра и висмута, alt, Te, (Au, Ag) 180-370 7-13
(3) Арсенопи-ритовая py, cp, sp, asp, ± mt теллуриды висмута, серебра и золота, (Au,Ag) 250-500 8-14
Пирроти- новая (2) Арсенопи-ритовая py, po, cp, sp, mt, asp cb, pn, теллури-ды висмута и серебра, mo, bs, Bi, (Au, Ag), val, ганит 560 - < 250 3.1-13
(1) Леллинги-товая py, po, cp, sp, asp, lo, mt, ± cr cub, pn, viol, car,(Au, Ag), nik 480-660 1.8-5.1
Примечание. Минералы: py - пирит; bn - борнит; cp - халькопирит; po - пирротин; asp - арсенопирит; dg - дигенит; mt - магнетит; hem - гематит; lo - леллингит; mo - молибденит; pn - пентландит; cb - кубанит; en - энаргит; flz - блеклые руды; ba - барит; bt - бетехтинит; gn - галенит; (Au, Ag) - самородное золото; Те -самородный теллур; Bi - самородный висмут; bs - висмутин; pbs - козалит; gfd - голдфилдит; str - штромей-ерит; mc - маккинстрит; jal - ялпаит; mw - моусонит; st - станноидит; col - колусит; ger - германит; val -валлериит; car - карролит; viol - виоларит; cr - хромшпинелиды; nik - никеллин; alt - алтаит; alun - алунит.
редких земель [8]. В серицит-кварцевых околорудных породах Сафьяновского месторождения нами впервые для колчеданных месторождений был обнаружен алюминий-стронциевый фосфат, состав которого по предварительным данным соответствует гойяциту SrAl3(PO4)(HPO4)(OH)6 с примесями редких земель, преимущественно Се, La [9]. Он встречается здесь в сростках с баритом и сульфидами. Распределение РЗЭ в серицит-кварцевых метасоматитах месторождения соответствует распределению, характерному для кислых вулканитов [10], но отличается в основном низким содержанием РЗЭ (рис. 8, а). Вместе с тем в отдельных пробах отмечается увеличение содержания легких РЗЭ относительно тяжелых, в частности церия, лантана и празеодима, где и был установлен гойяцит. Кривая распределения РЗЭ в баритовом гнезде рудной зоны (рис. 8, б, обр. 1/05) также показывает резкое преобладание легких РЗЭ, что может свидетельствовать о присутствии их в виде РЗЭ-минералов.
pH
Рис. 7. Поля устойчивости минералов в системе Си-Бе-Б-О, а также барита, ангидрита, серицита (мусковита), алунита, каолинита и водных частиц серы при 250 °С в координатах рН - летучесть кислорода по [11] с изменениями. Цифрами в кружках отмечены поля устойчивости субфаций, соответствующих табл. 2: 1 - леллингит-пирротиновая; 2 -арсенопирит-пирротиновая; 3 - арсенопирит-халькопиритовая; 4 - халькопирит-блек-лорудная; 5 - энаргит-халькопиритовая; 6 - борнит-блеклорудная; 7 - энаргит-дигени-товая
В результате исследований измененных пород Сафьяновского колчеданного месторождения на контакте с рудными телами выделена зона алунит-каолинит-серицит-пирит-кварцевого состава, образование которой происходило в условиях кислой среды. Метасоматиты приконтактовой зоны образовались в низкотемпературных условиях, соответствующих энаргитовой субфации 180-300 °С, что коррелирует с данными исследований ЭПР-спекторов рассеянного органического вещества. Околорудные метасоматиты обогащены баритом и отличаются повышенным содержанием легких РЗЭ. В них впервые на колчеданных месторождениях обнаружен редкоземельный алюмофосфат стронция (гойяцит). Полученные данные подтверждают ранее выявленные признаки сходства Сафьянов-ского месторождения с месторождениями, содержащими люцонит и энаргит.
Рис. 8. Нормированные по хондриту графики содержаний РЗЭ в метасоматитах Сафья-новского колчеданного месторождения: а) в измененных субвулканических породах кислого состава по [10]; б) в метасоматитах приконтактовых зон рудных тел
Summary
E.I. Soroka, V.P. Moloshag, L.V. Leonova, A.A. Galeev. A New Data about Hydrothermal Altered Rocks of the Safyanovskoe Sulfide Deposit (the Middle Urals).
The Safyanovskoe massive sulfide deposit has some specific features different from the Uralian type ones (Gaiskoe, Degtyarskoe, Uzelginskoe, etc.). A mineral association (alunite-kaolinite-sericite-pyrite-quartz) occurrrevealed on the contact of ore bodies is supposed to be formed almost simultaneously with ore mineralization (in particular enargite) under the special high sulfur fugacity and acidic conditions of: -log fS2 = 10-12; -log fO2 = 38; T = 180300 °C and pH up to 4.5. In ore zone, higher concentration of LREE is observed, and Sr-alumophosphate (goyazite) together with barite has been found. Also, the presence of burial organic matter was established in the studied rocks from EPR-spectrum of carbon centered free radicals.
Key words: massive sulfide deposit, metasomatic zones, enargite, alunite, kaolinite, sericite, barite, REE-alumophosphates, EPR-spectrum.
Литература
1. Медноколчеданные месторождения Урала. Геологические условия размещения / В.А. Прокин, В.М. Нечеухин , П.Ф. Сопко и др. - Свердловск: УНЦ АН СССР, 1985. - 288 с.
2. Коровко А.В., Грабежев А.И., Двоеглазов Д.А. Метасоматический ореол Сафьянов-ского цинково-медного месторождения (Средний Урал) // Докл. АН СССР. - 1988. -Т. 303, № 3. - С. 692-695.
3. Язева Р.Г., Молошаг В.П., Бочкарев В.В. Геология и рудные парагенезисы Сафья-новского месторождения в среднеуральском ретрошарьяже // Геология рудных месторождений. - 1991. - Т. 33, № 4. - С. 47-58.
4. Муравьев Ф.А., Винокуров В..М., Галеев А.А., Булка Г.Р., Низамутдинов Н.М., Хасанова Н.М.. Парамагнетизм и природа рассеянного органического вещества в пермских отложениях Татарстана // Георесурсы. - 2006. - № 2(19). - С. 40-45.
5. Грабежев А.И., Молошаг В.П., Сотников В.И., Мурзин В.В., Коровко А.В., Жухли-стов А.П. Метасоматический ореол Сафьяновского Zn-Cu месторождения, Средний Урал // Петрология. - 2001. - Т. 9,. № 3. - С. 294-312.
6. Логинов В.П. Формации семейства колчеданных месторождений // Рудные формации эндогенных месторождений. Т. 2. - М.: Наука, 1976. - С. 111-148.
7. Молошаг В.П., Грабежев А.И., Викентьев И.В., Гуляева Т.Я. Фации рудообразова-ния колчеданных месторождений и сульфидный руд медно-золото-порфировых месторождений Урала // Литосфера. - 2004. - № 2.- С. 30-51.
8. Deyell C.L., Rye R.O., Landis G.P., Bissig T. Alunite and the role of magmatic fluids in Tambo high-sulfidation deposit, EL Indio-Pascua belt, Chile // Chem. Geol. - 2005. -V. 215. - P. 185-218.
9. Молошаг В.П., Сорока Е.И., Филиппов В.Н. Алюмофосфат стронция в породах Сафь-яновского колчеданного месторождения (Средний Урал) // Теория, история, философия и практика минералогии: Материалы. Междунар. Симп. - Сыктывкар: Геопринт, 2006. - С. 92-193.
10. Молошаг В.П., Прокин В.А., Удачин В.Н., Сорока Е.И. Распределение редкоземельных и редких элементов в субвулканических породах Сафьяновского месторождения // Ежегодник-2004. - Екатеринбург: ИГиГ УрО РАН, 2005. - С. 192-198.
11. Crerar D.A., Barnes H.L. Ore solution chemistry. V. Solubility of chalcopyrite and chal-cocite assemblages in hydrothermal solution of 200 to 350 ° C // Econ. Geol. - 1976. -V. 71, No 4. - P. 772-794.
Поступила в редакцию 20.08.08
Сорока Елена Индустровна - кандидат геолого-минералогических наук, старший научный сотрудник Института геологии и геохимии УрО РАН, г. Екатеринбург.
E-mail: [email protected]
Молошаг Василий Петрович - кандидат геолого-минералогических, ведущий научный сотрудник Института геологии и геохимии УрО РАН, г. Екатеринбург.
E-mail: [email protected]
Леонова Любовь Владимировна - кандидат геолого-минералогических, старший научный сотрудник Института геологии и геохимии УрО РАН, г. Екатеринбург.
Галеев Ахмет Асхатович - кандидат физико-математических наук, доцент кафедры общей геологии и гидрогеологии Казанский государственный университет.
