CC BY
33
УДК 548.1: 553.2
ТЕРМОБАРОГЕОХИМИЧЕСКИЕ И МИНЕРАГЕНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ГЕОФЛЮИДНЫХ СИСТЕМ ЮГА РОССИИ
© 2009 г. В.Н. Труфанов
Южный федеральный университет, Southern Federal University,
344090, г. Ростов-на-Дону, ул. Зорге, 40, 344090, Rostov-on-Don, Zorge St., 40,
[email protected] [email protected]
Рассматриваются термобарогеохимические и минерагенические особенности формирования мантийных, метаморфических, магма-тогенно-ликвационных, гидротермальных внутрикоровых, гидрогенных и элизионных флюидных систем, генетически связанных с основными геотектоническими блоками земной коры на Юге России. Среди них выделены южный склон Воронежской антеклизы, Азовский выступ кристаллического фундамента, авлакоген Восточного Донбасса, Скифская плита, Прикаспийская депрессия и мегантиклинорий Большого Кавказа, каждый из которых отличается определенными типами флюидных систем и физико-химическими условиями формирования месторождений рудных, нерудных и горючих полезных ископаемых.
Ключевые слова: Юг России, геофлюидные системы, термобарогеохимия, минерагенические особенности.
The thermobarogeochemical conditions of formation and mineragenetic peculiarities of ihe mantly, metamorphic, magmatogenic,hydrothermal and hydrogenic elisionic fluid systems in the South Russia, which genetically assotiatiated with the five large geotectonic blocks of the Earth crust, have been considered in the Report The physical and chemical parameters of the hydrothermal mineral — and ore formation fluids, the optimal thermodynamic barriers of the metallic, nonmetallic and combustible economic deposits have been presentedfor the each type geofluids systems.
Keywords: South Russia, geofluid systems, thermobarogeochemiсal and mineragenetic peculiarities.
Исследования в области термобарогеохимии и ми-нерагении геодинамических флюидных систем представляют значительный теоретический и практический интерес, так как полученные результаты дают возможность с принципиально новых позиций трактовать вопросы магматизма, метаморфизма, метасоматоза, рудообразования и нефтегазоносности территорий, прогнозировать открытие крупных месторождений стратегически важных видов минерального сырья [1, 2].
В полной мере это относится к южнороссийскому региону, на территории которого находятся многочисленные месторождения цветных, редких и благородных металлов, горючих полезных ископаемых, нерудного минерального сырья, в формировании которых принимали участие геофлюидные системы различных генетических типов. В настоящей статье сделана попытка классифицировать их, определить тер-мобарогеохимические условия образования и минера-генические особенности.
На юге России выделяются пять крупных геотектонических блоков земной коры, с каждым из которых генетически связаны определенные типы геофлюидных систем.
Первый блок является кристаллическим фундаментом Русской платформы, представленным южным склоном Воронежской антеклизы и Азовским (Ростовским) выступом, которые сложены древнейшими комплексами глубоко метаморфизованных пород, анатектитов и мигматитов, интрудированных более молодыми базитами, гранитами и пегматитами [3].
Второй блок - авлакоген Восточного Донбасса, представляющий собой центральный (срединный) сегмент планетарной рифтогенно-миогеосинклинальной структуры, прослеживающейся от Тянь-Шаня на юго-
востоке до северо-западных окраин Украинского Донбасса [4].
Третий блок - Прикаспийская депрессия, являющаяся уникальным по масштабам развития прогибом земной коры глубиной более 20 км [5].
Четвертый блок - Скифская плита, раздробленная на мозаичные сегменты более высоких порядков, природа которой остается в настоящее время дискуссионной.
Пятый блок - мегантиклинорий Большого Кавказа, трактуемый с классических позиций как крупный фрагмент общепланетарной геосинклинальной системы Тетиса или же (с позиций неомобилизма) как активная область взаимодействия Европейской и Аравийской плит по сложной системе скрединговых структур Бениофа-Заварицкого [6-8].
В тектонических блоках первого типа преимущественное развитие имеют метаморфогенные и ликва-ционно-магматогенные геофлюидные системы, с которыми генетически связаны золоторудные, пегматитовые (кварц-полевошпатовые и флюоритовые), тита-номагнетитовые и медноникелевые месторождения. Комплексные термобарогеохимические исследования показывают, что по агрегатному состоянию в первом случае они представлены поликомпонентными пневматолите» во-гидротермальными флюидами с максимальными температурами 650-700 °С и давлениями до 5-6 тыс. бар [9]. Такие аномально высокие оценки давления флюидов рассчитаны по первичным включениям, содержащим значительные количества водорода и углекислого газа, по вторичным включениям они составляют 2-3 тыс. бар.
Типовые вакуумные декриптограммы пегматитов отличаются сложным полимодальным распределением эффектов взрывов флюидных включений в интер-
валах температур 400-600 °С с Б-показателем флюи-доактивности до 220-250 усл. ед.
Особый интерес представляют золоторудные проявления, приуроченные к темерницкой серии докем-брийских пород Ростовского выступа, где обнаружены до 18 горизонтов метаморфитов с содержаниями золота до 1,5-2,0 г/т. По результатам термобарогеохимиче-ских исследований эти проявления имеют сложную, метаморфогенно-гидротермальную природу и аналогичны по минерагении крупнейшим в мире месторождениям золота ЮАР.
Имеются предварительные данные о возможности обнаружения в докембрийских метаморфитах Приазовья месторождений алмазов, связанных с лампроито-выми гипабиссальными интрузиями. В целом минера-гения геофлюидных систем этого блока изучена недостаточно, в том числе и в отношении золоторудной минерализации.
Ликвационные флюидные системы характеризуются многофазовыми, нередко расслоенными рас-плавно-газовыми флюидными включениями, содержащими рудные минералы и раскристаллизованный силикатный базис. Максимальные температуры их гомогенизации и декриптации достигают 850-900 °С при оценочных давлениях до 8-10 тыс. бар.
В составе газовой фазы флюидов основными компонентами являются N и Н при незначительных содержаниях Н2О и СО2. С этими системами генетически связаны многочисленные проявления титаномаг-нетитовых и медноникелевых руд, вскрытых разведочными скважинами в начале 60-х гг. ХХ в. Крупным объектом является Макеевское месторождение с прогнозными ресурсами более 8 млн т титановых руд.
Авлакоген Восточного Донбасса отличается преимущественным развитием мантийных гидротермальных геофлюидных систем, локализующихся в региональных тектонических нарушениях северо-западного простирания, а также относительно локальными проявлениями внутрикоровых гидротермально-метасомати-ческих флюидов, связанных с дайковыми комплексами трондьемитового, дацитового и лампрофирового состава, приуроченных к субмеридиональным тектоническим нарушениям разрывного характера.
С первым типом геофлюидных систем ассоциируют многочисленные полиметаллические, флюорито-вые, ртутные и хрусталеносные проявления, сформировавшиеся в несколько этапов и стадий минерагенеза при температуре 375-425, 260-325, 180-220 °С и максимальном давлении 650-700 бар. В составе флюидов основные компоненты - Н2О, СО2, СН4 и более тяжелые углеводороды. С этими геофлюидными системами связаны месторождения и проявления углеводородных газов (более 200 объектов), приуроченных к Северной зоне мелкой складчатости Восточного Донбасса, а также уникальное Марковское газовое месторождение. Перспективы обнаружения здесь новых месторождений углеводородного типа далеко не исчерпаны [10, 11].
С вторым типом геофлюидных систем генетически связаны золоторудные малосульфидные месторождения (Керчикское, Кондаковское и др.), а также специфические зоны углеводородной флюидизации ископаемых
углей, обогащенные 14, ве и являющиеся нетрадиционными редкометально-метаноугольными проявлениями [12, 13]. Дайковый комплекс пород сопровождается мощными зонами биотитовых и кварц-хлорит-серицитовых метасоматитов, на которые наложено золотое и полиметаллическое оруденение.
По результатам термобарогеохимических исследований в составе флюидов преобладали Н2О, СО2, СН4 и более тяжелые углеводороды, максимальные температуры растворов составляли 400-450 °С при давлениях в первые тысячи бар. Рудные минералы кристаллизовались при более низких термодинамических параметрах.
Особый интерес в этом отношении представляют метанообильные флюидоактивные зоны, сформировавшиеся в участках тектонической нарушенности угольных пластов и вмещающих пород под воздействием глубинных углеводородно-водных флюидов, имеющие протяженность до 2-3 км при мощности до 150-200 м. Эти зоны флюидизации отличаются значительными изменениями структуры и геотехнологических свойств угольного вещества, повышенной вы-бросоопасностью, присутствием вторичных гидротермальных минералов и кварц-углеродистых флюи-дизитов, высокими содержаниями рудообразующих элементов [14]. Как показали исследования, эти зоны сформировались при температуре от 200 до 300 °С при давлении порядка 450-500 бар.
Скифская плита в геотектоническом отношении является промежуточным блоком между авлакогеном Восточного Донбасса и мегантиклинорием Большого Кавказа. Здесь можно выделить два основных типа геофлюидных систем: мозаичные флюидные системы, имеющие относительно локальное развитие в зонах стыков мозаичных сегментов второго и более высоких порядков, на которые разбита плита, и артезианские флюидные системы, приуроченные к Западно-Кубанскому и Терско-Кумскому предгорным прогибам.
Термобарогеохимия и минерагения этих систем исследованы в настоящее время недостаточно. Согласно имеющимся данным, мозаичные флюидные системы по своей природе являются гидрогенными внутрикоро-выми и инфильтрационными образованиями с относительно низкими термодинамическими параметрами (температура до 120-150 °С, давление до 50-70 бар). С этими флюидными системами связаны стратиформные проявления высокодисперсных рутиловых руд, цеолитов, кремнистых пород и фосфоритов.
Артезианские флюидные системы характерны для глубокопогруженных осадочных толщ предгорных прогибов Предкавказья. Они представлены высокоминерализованными (до рассолов) растворами с температурой до 120-150 °С и давлением до 500-600 бар. Эти флюидные системы в минерагеническом отношении являются фактически «жидкими рудами» на I, Ы, 8г.
Прикаспийская впадина, сформировавшаяся в результате глубокого прогиба земной коры, отличается существованием специфических флюидно-метасомати-ческих систем, развивающихся при движении мантийных преимущественно восстановленных углеводородных флюидов по глубинным разломам, образующим кольцевые и решетчатые зоны проницаемости земной
коры. В результате их взаимодействия с вмещающими породами при относительно низкой температуре (до 200-250 °С) и высоких бароградиентных нагрузках (до 600-700 и более бар) сформировался сложный спектр месторождений рудных, нерудных и горючих полезных ископаемых.
Наряду с крупнейшими нефтегазовыми месторождениями здесь известны многочисленные проявления железных, марганцевых, медных, свинцово-цинковых и золотосодержащих руд, а также мощные залежи каменных солей, в значительной мере связанные с деятельностью глубинных высокоминерализованных рассолов [5].
Мегантиклинорий Большого Кавказа отличается развитием наиболее сложных, полихронных и полигенных геофлюидных систем, с которыми связаны многочисленные месторождения рудных и нерудных полезных ископаемых. Выделяются два основных типа этих систем - внутрикоровые регенерационные (метаморфогенные) и мантийно-коровые (магмато-генные), относительный вклад которых в процессы минерало- и рудогенеза существенно различается в зависимости от принадлежности генетических рядов рудных формаций к этапам и стадиям формирования минерагенической провинции [15].
Показательна весьма контрастная зональность ору-денения с преимущественным развитием кварцево-редкометальных, пегматитовых скарновых и колчеданных-полиметаллических ассоциаций в центральных частях мегантиклинория и кварцево-карбонатно-поли-металлических, золоторудных, ртутных и безрудных карбонатно-баритовых на его периферии. Каждая из них характеризуется сложным спектром морфогенети-ческих типов флюидных включений - от расплавных газово-твердых до многофазовых и газово-жидких вакуолей с темературами гомогенизации от 800-1200 до 90-105 °С (рис. 1).
Как видно из рис. 1, для минералов гранитных массивов Центрального Кавказа характерны сложные га-зово-твердые включения, содержащие тонкозернистый силикатный субстрат, газовую фазу и многочисленные «минералы-узники», количество которых закономерно увеличивается от более древних к молодым гранитои-дам. В гранитах Тепли обнаруживаются включения, содержащие значительные количества жидкой и газовой фазы с одновременным снижением температуры гомогенизации до 750-800 °С. Все это несомненно свидетельствует о прогрессирующих процессах эмана-ционной дифференциации гранитных расплавов и обогащении их летучими компонентами.
Прямым следствием этих процессов является образование редкометальных пегматитов и олигоклазитов, для которых показательно существование многофазовых кристалло-флюидных и многофазовых включений - реликтов высокотемпературных расплавов-растворов с температурой гомогенизации от 750 до 450-520 °С.
Специфический комплекс флюидных включений обнаруживается в кварцах силекситов, золоторудных березитов и редкометальных грейзенов. Они также представлены многофазовыми вакуолями, содержащими «минералы-узники» и большое количество
жидкои углекислоты, с температурой гомогенизации от 700-750 (силекситы) до 325-450 °С (грейзены и березиты). По-видимому, эти включения образовались из сверхплотных надкритических рудообразую-ших флюидов.
Рис. 1. Морфогенетические типы флюидных включений в минералах рудных месторождений Большого Кавказа
Классические газово-жидкие и углекислотно-вод-ные включения с небольшим количеством дочерних минералов характерны для минералов полиметаллических месторождений Садонского типа и ртутных месторождений, а также для альпийских хрусталеносных, кальцитовых и баритовых жил. Максимальная температура гомогенизации этих включений составляет 360425 °С, минимальная - 90-105 °С.
Барические параметры рудообразующих флюидов определялись по результатам гомогенизации отмеченных типов флюидных включений с использованием диаграмм состояния систем Н2О-8Ю2-соли и Н2О-[15]. Установлен широкий диапазон этих параметров, находящихся в пределах от первых тысяч бар до 300-350, причем для каждой рудной формации характерны определенные сочетания оптимальных условий кристаллизации рудных и жильных минералов - термодинамические барьеры рудообразования.
Анализ полученных термобарогеохимических данных показывает, что отмеченные выше флюидные системы первого типа возникли в результате региональной термобароградиентной активизации различных диспергированных в массе пород флюидных кон-серватов с последующим дренированием флюидных
потоков по зонам тектонических нарушений. Максимальная температура этих флюидов достигала 650700 °С при давлении до 2-3 тыс. бар (рис. 2).
Q Ш
Рис. 2. Термобарогеохимическая диаграмма эволюции глубинных минералообразующих флюидов Большого Кавказа: 1 - породы основного состава; 2 - породы кислого состава; 3 - расплав; 4 - диспергированные флюиды; 5 - газовый раствор; 6 - надкритический сверхплотный флюид; 7 -жидкий водный раствор; 8 - жидкая углекислота; 9 - этапы и стадии промышленного оруденения (а - пегматиты, б -скарны, в - гидротермалиты); 1-У! - термодинамические барьеры рудообразования
Флюидные системы второго типа образовались по механизму последовательной ликвационной, кристаллизационной и эманационной дифференциации относительно локальных магматических очагов, образование которых было обусловлено существованием структурно-энергетических аномалий в отдельных зонах металлогенической провинции. Максимальные значения температуры этих флюидов составляли 700800 °С, давления - до 3-5 тыс. бар.
Особый интерес представляют трансформные флюидные системы, с которыми связано формирование колчеданно-полиметаллических месторождений по механизму «черных курильщиков», известных в Приводораздельной металлогенической зоне Большого Кавказа [16].
Большое значение в последние годы приобретают и исследования флюидных систем, имеющих развитие в черносланцевых толщах, которые перспективны в отношении золотой и платиновой минерализации.
Таким образом, в геотектонических блоках Юга России широко развиты геофлюидные системы раз-
личных генетических типов, термобарогеохимические исследования которых дают возможность с новых позиций рассмотреть перспективы открытия неизвестных ранее и скрытых месторождений полезных ископаемых.
Можно выделить 5 основных генетических типов гефлюидных систем.
1. Мантийные эманационные флюидные системы, приуроченные к рифтовым и трансформным разломам, генерированные подкоровыми плюмами верхней мантии.
2. Метаморфогенные регенерационные флюидные системы, образование которых связано с процессами деструкции кристаллического субстрата и отжима летучих по зонам тектонических нарушений.
3. Магматогенные ликвационные, эманацион-ные и гидротермальные флюидные системы, сформировавшиеся в результате процессов дифференциации внутрикоровых глубинных и гипабиссальных магматических очагов.
4. Гидрогенные артезианские флюидные системы, возникшие в результате активизации погребенных минералообразующих растворов.
5. Элизионные и вадозные флюидные системы, являющиеся фактически инфильтрационными образованиями.
Для каждого генетического типа геофлюидных систем характерны определенные сочетания термоба-рогеохимических условий их формирования и специфические минерагенические особенности, дальнейшее изучение которых представляет значительный теоретический и практический интерес для развития минерально-сырьевой базы Юга России.
Литература
Иванкин П.Ф., Назарова Н.И. Глубинная флюидизация Земной коры и ее роль в петрорудогенезе, солее- и нефтеобразовании. М., 2001. 206 с.
Материалы XIII Международной конференции по тер-мобарогеохимии. М., 2008.
Закруткин В.В., Кулиш Е.А. Докембрий Ростовского выступа: геохимия, природа протолитов, металлогения. Киев, 1994. 212 с.
Горжевский Д.И., Донец А.И. Роль авлакогенов Восточно-Европейской платформы (ВЕП) в формировании и размещении месторождений полезных ископаемых // Руды и металлы. 1996. № 6. С. 13-24.
Иванкин П.Ф., Назарова Н.И. Флюидно-метасома-тические преобразования и рудоносность осадочных толщ Прикаспийского бассейна. М., 2005. 104 с.
СмирновВ.И. Геология полезных ископаемых. М., 1969.
Греков И.И., Пруцкий Н.И. Проблемы тектоники и металлогении Северного Кавказа // Геология и минерально-сырьевая база Кавказа. Ессентуки, 2000. С. 208-226.
Греков И.И., Пруцкий Н.И. Трехлучевые системы Северного Кавказа и их металлогеническое значение // Проблемы геологии, полезных ископаемых и экологии Юга России и Кавказа. Новочеркасск, 2002. Т. 1. С. 53-65.
Труфанов В.Н., Труфанов А.В. Термобарогеохимия и минерагения геофлюидных систем Юга России // Проблемы геологии и освоения недр Юга России. Ростов н/Д, 2006. С. 112-114.
2.
3.
4.
5.
9.
10. Зинчук А.А., Калюжный В.А., Щирица А.С. Флюидный
режим гидротермального минералообразования Донбасса. Киев, 1983. 220 с.
11. Труфанов В.Н., Чихирин А.А. Состав природных газов
угленосных толщ Северной зоны легкой складчатости Восточного Донбасса // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств. науки. 2005. № 1. С. 21-26.
12. Грановская Н.В. Морфология и генетические особенно-
сти Керченского рудопроявления золота // Проблемы геологии, оценки и прогнозирования полезных ископаемых Юга России. Новочеркасск, 1985. С. 35-36.
13. Литолого-структурные условия локализации цветных и
благородных металлов на Керчинском рудопроявлении
/ Н.А. Терентенко [и др.] // Геологическое строение и попутные ископаемые Ростовской области. Ростов н/Д, 1987. С. 90-95.
14. Углеводороная флюидизация ископаемых углей Вос-
точного Донбасса / В.Н. Труфанов [и др.] Ростов н/Д, 2004.
15. Труфанов В.Н. Минералообразующие флюиды рудных
месторождений Большого Кавказа. Ростов н/Д, 1979. 272 с.
16. Субмаринные сульфидные постройки медноколчедан-
ного месторождения Кизил-Дере / И.А. Богуш [и др.] // Отечественная геология. 2007. № 3.
Поступила в редакцию_13 ноября 2008 г.
