Флюидный режим формирования вулканогенных палеогидротермальных систем Аркаимской площади: Магнитогорская металлогеническая зона, Южный Урал тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 25.00.11, кандидат геолого-минералогических наук Анкушева, Наталья Николаевна

• Анкушева, Наталья Николаевна
• кандидат геолого-минералогических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат геолого-минералогических наук Анкушева, Наталья Николаевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ГЕОЛОГИЧЕСКОЕ СТРОЕНИЕ И РУДОНОСНОСТЬ АРКАИМСКОЙ ПЛОЩАДИ М

1.1. Геологическая изученность района. . н

1.2. Стратиграфия. ^

1.3. Магматизм.^

1.4.Тектоник а.:.^

1.5. Полезные ископаемые.

ГЛАВА 2. ПАЛЕОЗОЙСКИЕ ВУЛКАНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ АРКАИМСКОЙ ПЛОЩАДИ

2.1. Среднедевонский андезибазальтовый комплекс.

2.2. Раннекаменноугольный трахибазальт-трахириолитовый комплекс.

ГЛАВА 3. СТРОЕНИЕ И ФЛЮИДНЫЙ РЕЖИМ ФОРМИРОВАНИЯ ПАЛЕОГИДРОТЕРМАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ЛИСЬИ ГОРЫ.

3.1. Золотоносные зоны окварцевания.

3.2. Гематит-кварцевые отложения.

ГЛАВА 4. СТРОЕНИЕ И ФЛЮИДНЫЙ РЕЖИМ ФОРМИРОВАНИЯ АРКАИМСКОЙ ПАЛЕОГИДРОТЕРМАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ.

4.1. Сульфидно-кварцевые жилы. ./2/

4.2. Галенит-баритовые жилы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Флюидный режим формирования вулканогенных палеогидротермальных систем Аркаимской площади: Магнитогорская металлогеническая зона, Южный Урал»

Актуальность исследований. Проблемы рудоносности палеовулканических структур складчатых поясов важны в связи с их высокой продуктивностью на руды цветных, черных и благородных металлов.

К числу важнейших проблем учения о рудных месторождениях относятся вопросы, касающиеся условий формирования рудообразующих гидротермальных флюидов, их источников и условий переноса ими металлов. Выяснение состава и природы минер агсообразующих флюидов имеет не только фундаментальное значение, но и важно для понимания рудообразующих процессов и часто прямо связано с выбором стратегии геолого-разведочных работ.

В связи с интенсивной разработкой и истощением известных месторождений золота и полиметаллов на Южном Урале возникла необходимость исследования новых перспективных площадей на эти виды полезных ископаемых. В последние годы в девонских и каменноугольных вулканических породах Аркаимской площади (Магнитогорская металлогеническая зона, Южный Урал) обнаружена золоторудная сульфидно-кварцевая и барит-полиметаллическая минерализация, аналогичная наблюдаемым на других объектах гидротермального происхождения на Южном Урале, имеющих, как правило, среднедевонский возраст. При изучении таких объектов, связанных с гидротермальными системами, большое значение имеют термобарогеохимические исследования, позволяющие определить условия формирования гидротермальных систем на различных уровнях вулканических комплексов и сопоставить их с установленными ранее для других формационных типов.

На Южном Урале до сих пор недостаточное внимание было уделено изучению палеозойских гидротермальных систем, приуроченных к андезибазальтовым и трахириолит-трахибазальтовым вулканическим комплексам Магнитогорской металлогенической зоны. Исследование физико-химических особенностей — температурного режима и солевого состава - этих палеогидротермальных систем ранее не проводилось. Вместе с тем, с вулканогенными палеогидротермальными системами в девонских комплексах связана золоторудная минерализация, аналогичная золото-серебряному (куросанский) типу месторождений [Белгородский, 1998; Михайлов и др., 2003], а также верхнедевонско-нижнекаменноутольному высокоэпитермальныму Березняковскому месторождению в андезитоидах [ЬеЬшапп е1 а1., 2000; Новоселов и др., 2005]. Палеогидротермальные системы в раннекаменноугольных вулканитах перспективны на барит-золото-полиметаллическое оруденение [Зайков, 1995;

Голованов, 1999ф; Анкушева, Юминов, 2005; Анкушева и др., 2005]. Таким образом, назрела необходимость изучения условий образования вулканогенных палеогидротермальных систем, в частности, развитых на Аркаимской площади. Изучение этих систем дает новую информацию об их металлогеническом потенциале. -Геологическая позиция выбранных объектов удобна в плане сравнения гидротермальной минерализации, приуроченной к девонскому и каменноугольному комплексам.

Целью работы является установление физико-химических условий формирования палеогидротермальных систем вулканических комплексов среднедевонского и раннекаменноугольного возраста Магнитогорской металлогенической зоны (Южный Урал). Для ее реализации были поставлены следующие задачи:

• геологическая и минералогическая характеристика гидротермальной минерализации вулканических комплексов среднедевонского и раннекаменноугольного возраста на Аркаимской площади;

• изучение флюидных включений в минералах, установление температур гомогенизации, концентраций солей, солевого и газового состава для оценки физико-химических параметров минералообразующих растворов;

• сравнительный анализ исследованных палеогидротермальных систем с другими формационными типами месторождений в вулканогенных комплексах.

Объектами исследования выбраны палеогидротермальные системы двух вулканических комплексов — андезибазальтового (Бг) и трахириолит-трахибазальтового (С^). Первая палеогидротермальная система — Лисьи Горы — протяженностью около 2 км в вертикальном разрезе включает золотоносные зоны окварцевания и гематит-кварцевые породы. Вторая система — Аркаимская - имеет вертикальную протяженность 800 м и характеризуется наличием сульфидно-кварцевых и галенит-баритовых жил.

Объектами для сравнительного анализа послужили золото-колчеданно-полиметаллические месторождения Таш-Тау и Вишневское, кобальт-медно-колчеданное Ивановское, а также марганцеворудное Янзигитовское месторождения, термобарогеохимические исследования которых были проведены автором впервые. Эти объекты в большей степени подходят для сравнения, т. к. они также принадлежат Магнитогорской металлогенической зоне, имеют девонский возраст и пространственно связаны с вулканитами основного и среднего состава.

Проведено сравнение полученных результатов с опубликованными ранее термобарогеохимическими данными по медноколчеданным (Яман-Касы), золото-колчеданно-полиметаллическим (Балта-Тау, Александринское), кобальт-медноколчеданным (Ишкининское) месторождениям Западно- и Восточно-Магнитогорской металлогенических зон, золото-кварцевым месторождениям Восточно-Уральской зоны (Березовское, Кочкарское) и современным гидротермальным полям Тихого (Венский лес) и Атлантического (Рейнбоу, Брокен Спур) океанов.

Фактический материал. В основу диссертации положены материалы, собранные автором в 2003-2007 гг. в ходе полевых работ и при выполнении работ в рамках государственных тем: «Гидротермальные и гипергенные факторы формирования и преобразования месторождений полезных ископаемых в складчатых поясах (№01.200.202519), «Эволюция процессов минералообразования в колчеданоносных палеоокеанических структурах» (№ 0.20.0001589), «Геоархеология и археологическая минералогия Урала» (№ 01.2.10303810). Работы выполнены в лаборатории минералогии рудогенеза Института минералогии УрО РАН (зав. лабораторией д.г.-м.н. В.В. Масленников).

Методы исследований. В ходе полевых работ была проведена геологическая документация опорных обнажений и минерализованных интервалов керна скважин, отобраны и исследованы бороздовые (120 шт.), штуфные (80 шт.) и шлиховые (30 шт.) пробы.

В работе использованы следующие методы изучения минерального вещества: микротермометрический, включающий криометрию (500 ан.) и гомогенизацию (1000 ап.) индивидуальных флюидных включений, рентгенофлуоресцентный (11 ан.), рентгеновский (10 ан.), электронно-микроскопический (60 ан.), шлиховой (30 ан.), силикатный (100 ан.), атомно-абсорбционный (20 ан.), масс-спектроскопия с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) (50 ан.), газово-хроматографический (20 ан.), Фурье-спектроскопия (30 ан.).

Микротермометрическим методом исследованы 50 прозрачно-полированных шлифов жильного кварца, барита и кальцита. Исследования барита проводились в микрокриотермокамере конструкции В.А. Симонова [1993]. Исследования кварца и кальцита проведены на микрокриотермостолике THMSG-600 (LINKAM), позволяющем производить измерения температур фазовых переходов в интервале -196 до +600 °С, с микроскопом Olympus (объектив 50х). Управляющее программное обеспечение LinkSys Y-2.39. Точность измерений ±0.1 °С в интервале температур -20.+80 °С и ±1 °С за пределами этого интервала. Для исследований использовались двухфазные включения размером 5—30 мкм, состоящие из водного раствора и газового пузырька. Солевой состав гидротермальных растворов во включениях оценивался по температурам эвтектик [Борисенко, 1977]. Температуры гомогенизации фиксировались в момент исчезновения газового пузырька при нагревании препарата в термокамере и приняты за минимальные температуры процесса минералообразования [Ермаков, Долгов, 1979; Редцер, 1987]. Концентрации солей в растворах рассчитывались по температурам плавления последних кристаллических фаз [Борисенко, 1977; Редцер, 1987; Bodnar, 1994]. Исследования проводились на геологическом факультете Миасского филиала ЮУрГУ (Миасс), Институте геологии и геохимии УрО РАН (Екатеринбург), Институте геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН (Москва), Музее естественной истории и Королевском колледже (Лондон).

Оптическим методом изучены 100 петрографических шлифов и 30 аншлифов. Изучение проводилось на микроскопах Axiolab, Olympus ВХ50 (ИМин УрО РАН), ПОЛАМ Р-111, Р-312, NU-2 (МГФ ЮУрГУ). Рентгенофлуоресцентный анализ производился на приборе РФА-ВЭПП-3 (Институт геологии и минералогии СО РАН, Новосибирск). Рентгеновский анализ проводился методами дифрактометрии (ДРОН-2.0, аналитик П.В. Хворов, ИМин УрО РАН) и Дебая-Шерера (УРС-2.0, аналитик Е.Д. Зенович, ИМин УрО РАН). Химический состав минералов изучался на рентгеноспектральном микроанализаторе JEOL JCXA-733 (аналитик Е.И. Чурин, ИМин УрО РАН) и на растровом электронном микроскопе с энергодисперсионным микроанализатором РЭММА-202МВ (аналитик В.А. Котляров, ИМин УрО РАН). Валовый химический анализ пород выполнялся классическим химическим методом (Южно-Уральский центр коллективного пользования по исследованию минерального сырья ИМин УрО РАН, аттестат № РОСС RU.0001.514536). Атомно-абсорбционная спектрометрия для определения содержаний Pb, Си, Sr, Zn, Ni, Fe, Co в барите и кальците, Ag и Au — в бурых железняках и кварце проведена в лаборатории ОАО «Александринская горнорудная компания» и химической лаборатории ИМин УрО РАН (аналитик Ю.Ф. Мельнова). Масс-спектроскопия с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) проводилась на приборе Perkin Elmer ELAN 9000, (аналитик Д.Н. Киселева, ИГГ УрО РАН). Газово-хроматографический анализ выполнен на хроматографе серии «Цвет-100» с пиролитической приставкой П-75 (аналитик О.Ф. Миронова, Институт геохимии и аналитической химии, Москва). Методом инфракрасной Фурье-спектроскопии изучалось структурное положение воды, и проводилась количественная оценка содержания различных водородсодержащих группировок в кварце (аналитик М. В. Штенберг, Фурье-спектрометр Nexus-870, ИМин УрО РАН). Для всех зарегистрированных спектров была выполнена процедура коррекции базовой линии, и полученные спектры пропускания были пересчитаны в спектры поглощения (оптическую плотность) с нормировкой на толщину образца. Обработка спектров произведена с помощью программного пакета OMNIC. Для разложения спектра на суперпозицию отдельных линий использована программа Peakfit. Количественная оценка водородсодержащих группировок производилась по закону Бугера-Ламберта-Бера: А = £-с-d, где А — оптическая плотность, s — молярный коэффициент поглощения (лмоль^-см"1), с — концентрация (моль-л"1) и d — толщина поглощаемого слоя (см). В работе использовалось упрощенное соотношение: Сн = А • А, где Сн — число атомов Н на 10б атомов Si, А - калибровочный коэффициент, Д — нормированная интегральная интенсивность характеристической линии, см"2. Калибровочные коэффициенты для молекулярной воды и гидроксильных групп взяты Ан^0 = 1,05 и

Аон =0,812 (Kronenberg, 1994).

Личный вклад автора заключается в непосредственном участии во всех этапах изучения: сборе каменного материала, геологической документации опорных обнажений и разведочных траншей, выполнении оптических и термобарогеохимических исследований.

Научная новизна. Впервые для изученных объектов выделены и охарактеризованы две гидротермальные системы, приуроченные к среднедевонскому андезибазальтовому и раннекаменноугольному трахибазальт-трахириолитовому вулканическим комплексам. Определен флюидный режим формирования этих палеогидротермальных систем. Первая система функционировала при температурах 180-290°С и хлоридно-натриевых растворах с соленостью 3-7 мае. % экв. NaCl, формирование второй происходило при температурах 150-350°С из хлоридно-калиево-натриевых растворов с повышенной соленостью 9-19 мае. % экв. NaCl. В работе применен системный подход к получению термобарогеохимических данных, который заключается в изучении физико-химических параметров на различных уровнях палеогидротермальных систем.

Практическое значение. Исследование палеогидротермальной системы в среднедевонских вулканитах дало возможность сопоставить оруденение с золото-сульфидным (муртыктпнекий) типом месторождений и рекомендовать проведение поисково-оценочных работ на золото [Знаменский, 1992; Зайков и др., 2004; Novoselov, Belogub, 2005; Семибратова, Юминов, 2007]. Исследование барит-полиметалличсской и редкоземельной минерализации в палеогидротермальной системе раннекаменноугольного вулканического комплекса дало новую информацию о ее металлогеническом потенциале. Изучение минералогии, петрографии, химических, физических свойств и условий формирования гематит-кварцевых пород позволило разработать рекомендации по их использованию в качестве декоративно-поделочного сырья. Произведен подсчет прогнозных ресурсов декоративно-поделочного сырья с различными технологическими свойствами и разработаны рекомендации по селективной выемке камня [Разработка., 2007ф].

Результаты работ представлялись в ОАО «Александринская горнорудная компания», СПЛиАЦ «Аркаим», ОАО «Башкиргеология» и Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере в форме отчетов и информационных записок.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Научной студенческой школе «Металлогения древних и современных океанов» (Миасс, 2004—2008); областной научно-практической конференции «Новые направления и методы поисков месторождений полезных ископаемых» (Челябинск, 2004); Всероссийских научных чтениях им. В.О. Полякова (Миасс, 2005); Международном петрографическом совещании «Петрография XXI века» (Апатиты, 2005); Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле (Новосибирск, 2004, 2006); XXI Всероссийской молодежной конференции «Строение литосферы и геодинамика» (Иркутск, 2005); VI Межрегиональной научно-практической конференции «Геология, полезные ископаемые и проблемы геоэкологии Башкортостана» (Уфа, 2006); I Демидовских Чтениях на Урале (Екатеринбург, 2006); IV Уральском металлогеническом совещании (Миасс, 2006); Годичном собрании Российского минералогического общества (Санкт-Петербург, 2006); 12th Quadrenial IAGOD symposium (Москва, 2006). Fermor meeting «Magmas. Minerais. Megastructures» (London, 2006); MDSG 29th Annual Winter Conférence (London, 2006).

Публикации. По тематике диссертации опубликовано 35 работ, в том числе 2 статьи в рецензируемых изданиях.

Анализ результатов проведенных исследований позволил сформулировать следующие защищаемые положения.

1. В исследованных вулканических комплексах выделены две палеогидротермальные системы: в среднедевонском андезибазальтовом комплексе — стратиформпые золотоносные зоны окварцевания и гематит-кварцевые породы; в раннекамеиноугольном трахибазальт-трахириолитовом — секущие сульфиднокварцевые и галенит-баритовые жилы, связанные с дайками микрограносиенитов и диабазов.

2. В формировании палеогидротермальной системы андезибазальтового комплекса участвовали хлоридно-натриевые растворы с температурами 180-290 °С и концентрациями солей 3—7 мае. %, близкие морской воде. От ее нижнего уровня к верхнему происходило понижение температур и повышение солености растворов. Система аналогична колчеданоносным палеогидротермальным системам западного фланга Магнитогорской металлогенической зоны.

3. Палеогидротермалъная система трахириолит-трахибазалътового комплекса формировалась при участии хлоридно-калиево-натриевых растворов с температурами 150-350 °С и повышенной соленостью 9—19 мае. %, что свидетельствует об их магматогенном источнике. По этим параметрам система аналогична таковым, в золото-кварцевых месторождениях Восточно-Уральской зоны.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и списка литературы общим объемом 150 страниц. Работа иллюстрирована 80 рисунками, 25 таблицами, список литературы содержит 136 наименований, из них 32 - фондовые материалы.

Заключение диссертации по теме «Геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения», Анкушева, Наталья Николаевна

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. В палеогидротермальной системе Лисьи Горы андезибазальтового комплекса выделены зоны развития золотоносных сульфидно-кварцевых жил в подстилающих андезибаз альтах и гематит-кварцевые породы с оксидно-марганцевой минерализацией в перекрывающих алевролитах. Палеогидротермальная система Аркаимская трахибазальт-трахириолитового комплекса включает секущие сульфидно-кварцевые в трахибазальтах, трахириолитах и микрограносиенитах и галенит-баритовые жилы, приуроченные к дайкам диабазов.

2. Установлено, что палеогидротермальная система Лисьи Горы формировалась при участии растворов преимущественно хлори дно-натриевого состава с преобладающими значениями солености 3—7 мае. %. Зафиксировано увеличение концентраций солей в растворах в направлении от нижних уровней гидротермальной системы (золотоносные зоны окварцевания в андезибазальтах) к верхним (гематит-кварцевые породы), что связывается с влиянием магматогенного флюида или преобразованием флюида в результате его взаимодействия с окружающими породами при подъеме к поверхности. Также установлено понижение температур растворов от 290 до 180 °С снизу вверх в системе. В палеогидротермальной системе Аркаимской соленость флюидов повышается от 9 мае. % в кварцевых жилах из трахибазальтов и трахириолитов до 19 мае. % в жилах кварца из даек микрограносиенитов и барите. Температуры растворов составляют 240-270 °С для кварца и 150-200 °С - для жил барита, связанных с дайками.

3. Установлены черты сходства палеогидротермальной системы Лисьи Горы по солености, температурам гомогенизации включений и солевому составу растворов с колчеданоносными палеогидротермальными системами Западно-Магнитогорской металлогенической зоны и современными сульфидными постройками Атлантического и Тихого океанов, что указывает на сходство главной составляющей гидротермальных растворов в данных объектах — морской воды. Параметры растворов палеогидротермальной системы Аркаимской сходны с таковыми для золото-кварцевых месторождений Восточно-Уральской зоны. Высокая соленость растворов свидетельствует о глубинном источнике растворов, сформировавших данную систему.

В задачи дальнейших работ будет входить:

- установление закономерностей и эволюции формирования и зональности палеогидротермальных систем на различных уровнях среза вулканических комплексов;

- сопоставление результатов исследований с данными по месторождениям в риолит-базальтовых комплексах различных рудных районов (Урал, Алтай, Пиринеи) и современных рудообразующих систем; изучение типоморфных особенностей золота, его взаимоотношений с сульфидами и жильным кварцем; определение отличий гальмиролитических и гидротермальных отложений, что имеет не только теоретическое, но и практическое значение в связи с разработкой новых критериев прогнозирования колчеданного оруденения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат геолого-минералогических наук Анкушева, Наталья Николаевна, 2008 год

1. Авдейко Г. А., Антонов А. 10., Волынец О. Н. и др. Подводный вулканизм и зональность Курильской островной дуги. М.: Наука, 1992. 528 с.

2. Анкушев M. Н. Минералогические особенности и последовательность формирования псевдоморфоз лимонита по пириту в карьере «Осьминог» (заповедник Аркаим, Южный Урал) // Металлогения древних и современных океанов-2008. Миасс: Имин УрО РАН, 2008. С. 357-358.

3. Анкушева H. Н., Котляров В. А. Сульфидно-баритовая минерализация в породах Аркаимского палеовулкана // Металлогения древних и современных океанов— 2004. Достижения на рубеже веков. Миасс: ИМин УрО РАН, 2004, T. I. С. 303309.

4. Анкушева H. Н., Юминов А. М. Условия образования барита Аркаимского палеовулкана (Южный Урал) // Уральский минералогический сборник № 13. Миасс: ИМин УрО РАН, 2005. С. 185-193.

5. Аркаим: Исследования. Поиски. Открытия. // Науч. ред. Г. Б. Зданович, сост. Н. О. Иванова. Челябинск: «Каменный пояс», 1995. 224 с.

6. Аюпова Н. Р. Апогиалокластитовые железистые и марганцовистые породы Узельгинского колчеданоносного поля (Южный Урал). Автореф. дисс. канд. геол.-мин. наук. Миасс: ИМин УрО РАН, 2004. 19 с.

7. Баранов Э.Н. Конвективные системы колчеданных месторождений (свидетельства и следствия) // Металлогения современных и древних океанов. М.: ЦНИГРИ, НТК «ГЕОЭКСПЕРТ», 1992. С. 119-129.

8. Барит. М.: Наука, 1986. 255 с.

9. Белгородский Е.А. Куросанские месторождения золото-серебряного типа на Южном Урале // Металлогения древних и современных океанов-98. Миасс: ИМин УрО РАН, 1998. С. 140-143.

10. Борисенко А. С. Изучение солевого состава растворов газово-жидких включений в минералах методом криометрии // Геология и геофизика, 1977. № 8. С. 16-28.

11. Бортников Н. С., Симонов В. А., Богданов Ю. А. Флюидные включения в минералах из современных сульфидных построек: физико-химические условия минералообразования и эволюция флюида // Геология рудных месторождений №1,2004. Т. 46. С. 74-87.

12. Бортников II С. Геохимия и происхождение рудообразующих флюидов в гидротермально-магматических системах с тектонически активных зонах // Геохимия рудных месторождений, 2006. Т. 48, № 1, с. 3-28.

13. Бочкарев В. В., Язева Р. Г. Субщелочной магматизм Урала. Екатеринбург: УрО РАН, 2000. 256 с.6Z