Поведение золота и сопутствующих элементов в условиях литификации и метаморфизма осадков

Кларковые содержания Au в обычных глинистых сланцах и в различных углеродистых породах, лишенных сульфидов, низкие (1-5, редко 6-7 мг/т). В то же время в осадочно-диагенетических сульфидах, присутствующих в этих породах, содержание Au постоянно выше (0,03-0.60 г/т). Валовое содержание Au в породах с учетом сингенетических сульфидов находится в прямой зависимости от количества сульфидов, составляя 3-8, редко 10-15 мг/т. В осадочно-гидротермальных и вулканогенно-осадочных сульфидах концентрации Au могут быть вообще резко повышенными (5-30 г/т и выше). Соответственно содержание Au в породах с таким пиритом может достигать 3-6 г/т. В метаморфогенных сульфидах зеленосланцевой фации метаморфизма содержание Au возрастает по мере усиления метаморрогенно-метасоматических преобразований. Одновременно уменьшается содержание золота во вмещающих породах.

Все это определенно говорит о том, что в осадочной породе золото не распределяется во всей ее массе равномерно, а концентрируется в основном в пирите. Аналогичную роль может выполнять арсенопирит и в меньшей мере другие сульфиды, иногда магнетит. При этом концентрирование золота в пирите (как и в других фемических минералах) происходит начиная с самых ранних этапов седиментации и продолжается при последующих процессах катагенеза, метаморфизма и метасоматоза.

В эволюционно развивающемся ряду: нелитифицированный осадок —> слабометаморфизованная порода —> высокометаморфизованная порола намечается общая для различных литогенных рядов тенденция — уменьшение содержания Au по мере усиления степени литирикации и метаморфизации осадков (табл. 6, 7). Сопоставление содержания Au в ряду: глинистые илы —> глина —> глинистый сланец (без сульфидов) —> метаморфизованный глинистый сланец (без сульфидов) показывает последовательное уменьшение содержания Au в среднем от 8 мг/т вилах, 5,2 — в глинах до 3,2 — в метапелитах низких и 2,2 мг/т — высоких ступеней метаморфизма. Аналогично изменяется концентрация Au в известковистых отложениях — от 7,5 мг/т в нелитифицированных морских осадках до 1,1 мг/т в кристаллических известняках.

В то же время, основываясь на фактических и экспериментальных данных, можно заключить, что содержание Au в иловых и поровых водах, отжимаемых из этих же осадков, наоборот, возрастает по мере усиления метаморфизма осадков — от 1,1*10в-9 г/л в морской воде и 5,9*10в-9 г/л в иловых растворах до 28,8*10в-9 г/л (или 0,03 мкг/л) в метаморфогенных растворах, отжимаемых в условиях зеленосланцевой фации метаморфизма (при P = 2500 кг/см 2) (табл. 8).

В итоге намечается важный вывод, позволяющий подойти к пониманию источников металлов в осадочных толщах: между содержанием Au в твердой фазе литифицируемого и метаморфизуемого осадка и в его поровом растворе устанавливается обратная зависимость (рис. 6).

По своей концентрации (0,03 мкг/л) растворы, отжимаемые из углеродсодержащих осадков в P-T условиях, соответствующих зеленосланцевой фации метаморфизма, практически отвечают концентрации Au (0,04 мкг/л), установленной в современных рудообразующих термальных источниках, из которых отлагаются осадки с содержанием Au от 0,5 до 85 г/т, т. е. имеют концентрацию, достаточную для рудообразовании. В частных случаях содержание Au в поровых водах метаосадка может достигать еще более высоких значений: 360*10в-9 г/л, или 0,36 мкг/л, — в осадочных породах Русской платформы и 3-52 мкг/л — в Донецком бассейне среди углеродсодержащих отложений. В этих юдах установлено, кроме того, повышенное количество Ag (0,26-22 мг/л).

Имеющиеся в литературе неоднократные сообщения об инертном или неопределенном поведении золота в условиях метаморфизма осадочных отложений высказываются, как показывает анализ исходных данных, в двух основных случаях: 1) когда сравниваются между собой не одни и те же по первичному составу и стратиграфическому положению породы, 2) когда выполненное количество анализов незначительное, статистически малопредставительное.

В последнем случае при формально-статистическом подходе для одной отдельно взятой разновидности пород различия в содержании Au для разных зон действительно могут оказаться статистически незначимыми. Однако если выполнить большое число анализов или рассматривать не отдельные породы, а более полную и представительную совокупную выборку, то различия оказываются статистически значимыми закономедными.

Нами произведен учет практически всех известных данных, характеризующих кларковые содержания золота непрерывно прослеженных по простиранию пластов или пачек осадочных пород из низкотемпературной зеленосланцевой фации метаморфизма до амфиболитовой, в том числе по Патомскому нагорью (север Иркутской области), Западному Саяну, Енисейскому кряжу, Таймыру, Приамурью, Таджикистану, Кольскому полуострову, Туве. Как видно из табл. 9, во всех регионах, где производилось последовательное прослеживание пластов пород по простиранию вкрест положения изоград метаморфизма, устанавливается единая общая закономерность — более низкое содержание Au в амфиболитовой фации по сравнению с зеленосланцевой, в том числе и в тех районах, где эти различия по отдельным разновидностям пород были определены как “статистически незначимые”.

Аналогичное поведение Au устанавливается и в метабазитах, часто присутствующих в виде пластовых и секущих тел среди углеродистых толщ (табл. 10). Метаморфизованные в условиях амфиболитовой фации кислые магматические породы также имеют более низкие содержания (1-2,5 мг/т по сравнению с их неметаморфизованными аналогами (2,0-5,0 мг/т). В целом, по данным Е.А. Зверевой (1977 г.), среднее содержание Au в метаморфических осадочных породах амфиболитовой и гранулитовой фации различных регионов России (использовано 638 проб) также оказалось более низким по сравнению с содержанием Au в породах зеленосланцевой фации (1210 проб) — соответственно 3.97 и 6,53 мг/т.

Все это вполне определенно говорит о выносе золота в условиях высокотемпературного метаморфизма, как и отмечалось нами ранее.

Что касается различий в содержаниях Au между зеленосланцевой и эпидот-амфиболитовой фациями, то они не всегда одинаковы и достаточно четко выражены. Можно говорить лишь о слабовыраженной тенденции к незначительному обогащению эпидот-амфиболитовой зоны по сравнению с зеленосланцевой. Если принять во внимание избирательную приуроченность оруденения к зеленосланцевой фации, то это указывает на мобилизацию Au в данной фации в постметаморфический регрессивно-гидротермальный этап.

Как видно из табл. 9, 10, различия в содержании Au разных зон метаморфизма в абсолютных значениях незначительные, по существу ниже наблюдаемых природных дисперсий его распределения в породах и на уровне ошибок самих анализов. He случайны в связи с этим и имеющиеся высказывания об инертном поведении золота в условиях метаморфизма.

В металлогеническом (рудообразующем) отношении процессы метаморфизма, очевидно, можно принимать во внимание, лишь если учитывать большие массы пород, вовлекаемых в метаморфические преобразования. Следует также иметь в виду, что из метаморфизуемых пород в высокотемпературных зонах выносится далеко не все золото. Свидетельство этого - нередко фиксируемые его повышенные содержания (до 5-10 мг/т и выше) в таких зонах, прежде всего при наличии повышенного количества магнезиально-железистых силикатов, магнетита или сульфидов (пирротина, халькопирита), являющихся концентратами золота и прочно “удерживающих” Au даже в условиях высоких температур и давлений. Анализ имеющихся данных позволяет заключить, что испытывает миграцию в первую очередь золото, находящееся в осадках в хемогенной форме в тесной ассоциации с Сорг. в виде металлоорганических соединений, а также электрозаряженное сорбированное органикой и глинистыми минералами. Частично выносится золото, находящееся в тонкодисперсной форме в сульфидах, при дисульфидизации и диссоциации последних. Кластогенное электронейтральное золото, особенно крупных размеров, характеризуется повышенной устойчивостью.

Как видно из табл. 6. 7. основное количество золота (40-70%) высвобождается из осадков в услозиях литогенеза и раннего метаморфизма. Исходя из этого установленная в различных регионах бывшего СССР и зарубежных стран избирательная приуроченность месторождений золота именно к слабометаморфизованным толщам (преимущественно цеолитовой и хлорит-серцитовой фаций) может найти довольно удовлетворительное объяснение.

Подобно золоту в условиях литификации и метаморфизма осадков ведут себя многие элементы. Так, согласно экспериментальным данным при литификации карбонатных осадков в раствор переходит до 60% стронция, содержащегося в твердой фазе. За счет этого содержание его в метаморфогенных растворах может достигать 5-6 г/л при 0,008 г/л в морской волг, т. е. увеличиться более чем в 1000 раз. Содержание Pb может достичь 12 мг/л, Zn - 38 и Cu -3 мг/л, т. е. увеличиться по сравнению с морской водой соответственно в 450000, 3800 и 100 раз и достичь тем самым, подобно золоту, концентрации, наблюдающейся в современных рудогенерирующих термальных источниках. В стадию позднего катагенеза и начального метаморфизма содержания металлов в поровых растворах, как установлено экспериментально, могут достигать 10-20 мг/кг и более, а общая минерализация 300 г/л. Концентрируются прежде всего элементы (Pb, Zn, Cu, V, Au, P и др.), накапливающиеся прижизненно и в условиях аэробного окисления в повышенных количествах в органическом веществе и в глинистых минералах за счет их высокой биогенной и сорбционной емкости.

В условиях средне- и высокотемпературного метаморфизма концентрация метаморфогенных растворов, судя по экспериментальном данным и непосредственным измерениям, еще более возрастает и может достигать больших значений. Помимо металлов и металлоидов в поровых и метаморфогенных растворах резко возрастает количество различных газов, прежде всего углекислоты, образующейся в условиях раннего метаморфизма и катагенеза главным образом за счет окисления Сорг., а в условиях среднего и особенно высокотемпературного метаморфизма — за счет диссоциации карбонатов и в меньшей мере за счет Сорг. В больших количествах образуются газообразные углеводороды и другие газы (СН4, H2S, N2, NH3, CO, H2) за счет термического разложения С , общей десорбции пород и диссоциации сульфидов. В итоге поровы растворы трансформируются в высокоминерализованные флюиды.

Этим самым устанавливается принципиально важная закономерность, позволяющая подойти к пониманию источников золота для эндогенного оруденения, развитого в осадочных толщах, прежде всего в углеродистых: по мере усиления степени литификации и метаморфизации толщ осадков содержание металлов в их твердой фазе (если исключить минеральные новообразования) во много раз понижается, а во флюидной, наоборот, возрастает (рис. 6).

Касаясь основных причин, обусловливающих это явление, можно отметить следующее. В ранний литогенетический этап высвовождение Au и сопутствующих компонентов из твердой фазы осадков и переход их в иловые и поровые растворы происходят в основном за счет уплотнения, биохимического разложения и резкого уменьшения сорбционной емкости Cорг., глинистых минералов и в целом всего осадка. Так, в условиях диагенеза и эпигенеза разрушается не менее 10—46% Сорг. Основная масса Сорг. (92-98%). сносимого с суши и продуцируемого в океане, разлагается еще раньше — в процессе накопления осадка за счет надонного и раннедиагенетического окисления Cорг., приводя к переходу в растворенное состояние накапливающихся в нем Au и других элементов (табл. 11, рис. 7)

Как уже отмечалось ранее, при рассмотрении роли сорбционных процессов сорбционная емкость Сорг. довольно существенно уменьшается по мере усиления степени его метаморфизации. Установлено это экспериментально и согласуется с геологическими данными, полученными по многим районам.

Общеизвестно уменьшение сорбционной емкости глин, глинистых минералов и слюд по мере усиления их метаморфизации.

Важную роль, несомненно, играли, кроме того, подводные конседиментационные эксгалятивно-гидротермальные и вулканогенные Процессы, поскольку значительное проявление их в период накопления и литификации углеродистых осадков к настоящему времени доказано, в том числе и применительно к миогеосинклинальным провинциям. Эти же процессы оказали решающую роль и на первичную специализацию углеродистых осадков и степень обогащенности их металлами платиновой группы (МПГ), Au, As2, Ni, Co, Mn, P и рядом других элементов. На это, в частности, указывает тот факт, что повышенные концентрации Au (>10-15 мг/т) в углеродистых сланцах, лишенных наложенных процессов, отмечаются лишь в тех случаях, когда среди сингенетичных сульфидов помимо преобладающих слабозолотоносных осадочно-диагенетических разностей отмечаются вулканогенно- или гидротермально-осадочные разности с повышенными (>0,5-1 г/т) содержаниями Au и МПГ.

В условиях средне- и высокотемпературного метаморфизма в качестве основных факторов концентрирования растворов выступают:

1) дальнейшее термическое разложение Сорг. с переходом в раствор содержащихся в нем металлов, различных газов и сложных углеводородов (в углеродистых породах содержание Сорг. изменяется в среднем от 1,5-6% в зеленосланцевой фации до 0,5-1,5% в амфиболитовой);

2) общая десорбция различных минералов, в том числе гидроксидов и слоистых силикатов и Сорг. по отношению к Au и другим металлам (табл. 11, рис. 7);

3) диссоциация сингенетичных и метаморфических карбонатов (в первую очередь магнезиально-железистых), сульфидов (в первую очередь киновари, антимонита, марказита, пирита, арсенопирита), преобразование гидрослюд и ряда других минералов;

4) возрастание растворимости Au и других элементов в условиях возрастания потенциала кислорода P-T системы;

5) уменьшение изоморфной и механической емкости пород и минералов по отношению к Au л другим металлам по мере нарастания степени метаморфизма вмещающих пород (рис. 8).

Показательно в этом отношении поведение наиболее распространенного сульфида — пирита. В условиях нарастания метаморфизма он перекристаллизовывается, замещается пирротином и частично магнетитом, что приводит к высвобождению золота и серы. Так, в углеродистых толщах Ленского золотоносного района Восточной Сибири путем непрерывного прослеживания углеродистых пластов установлено, что содержание сингенетичного породам пирита в зеленосланцевой фации составляет 0,1-2,0%, а в амфиболитовой фации в этих же пластах содержание пирротина, возникшего за счет дисульфидизации пирита, повсеместно ниже - 0,2-0,01%. В итоге выносится не менее 1-2 тыс.т серы из 1 км3 пород. Одновременно существенно уменьшается содержание Au: от 9,01-30 г/т в пирите до 8-14 мг/т в пирротине, возникшем за счет пирита. В других регионах (Дальний Восток, Якутия) устанавливается диссоциация арсенопирита, сингенетичного толщам, и последовательное уменьшение в нем количества Au.

Все это вполне определенно позволяет говорить о том, что содержания Au, Cорг., CO2, S, As, как и ряда других компонентов, фиксируемые в метаосадочных породах, не отвечают первичным седиментогенным. Безусловно, это более низкие, “отработанные” концентрации, изофациальные по отношению к P-T-X условиям литогенеза и метаморфизма. Все “избыточные” по отношению к этим условиям количества золота, различных газов и металлов перешли из твердой фазы осадков в состав поровых вол и флюидов, т. е. в состав жидкофлюидной фазы.

Для горючих газов и нефтеобразующих углеводородов данное положение давно общепризнано и не вызывает сомнений, однако применительно к Au и другим металлам еще только начинает привлекать внимание. Низкие содержания Au (1-5 мг/т), фиксируемые в лишенных сульфидов и кварцевых прожилков углеродистых сланцах, обычно интерпретируются как первичные, седиментогенные, недостаточные для рудообразования. В действительности, как следует из всего вышеизложенного, этот факт может говорить и об обратном — о выносе Au из этих пород и расходовании его на образование рудных тел.

При этом в сульфидоносных разностях углеродистых осадков высвобождаемое при рассмотренных процессах Au практически может не испытывать значительных перемещений. Оно сразу же “захватывается” сульфидами (осадочными и (или) метаморфическими — в зависимости от этапа преобразования пород) и переотлагается совместно с ними. Показатель этого — постоянно повышенное (на порядок и более) содержание Au в сульфидах по сравнению с вмещающими породами, в том числе в сульфидах осадочного, метаморфогенного и гидротермально-метасоматического генезиса. По мере развития процесса регенерации, переотложения и новообразования сульфидов содержание Au в них, как отмечалось выше, возрастает, а в боковых окружающих породах, наоборот, уменьшается — от 3-8 мг/т вокруг осадочно-диагенетических разностей в литифицированных осадках до 1-3 мг/т вокруг метаморфогенно-гидротермальных и гидротермально-метасоматических, развивающихся в породах зеленосланцевой фации метаморфизма. Между содержанием Au в пиритах и в боковых породах, прежде всего непосредственно в зальбандах сульфидных скоплений, намечается обратная корреляционная связь. Коэффициент корреляции изменяется от 0,10-0,2 для осадочно-диагенетических образовании до 0,3-0,5 для гидротермально-метасоматических. Аналогичная обратная корреляционная связь проявляется между содержанием в пиритах и в боковых породах других элементов, прежде всего сидеро-, халькофильных — Fe, Ni, Co, Cu, As и других геохимически близких золоту.

В слабосульфидизированных разностях осадков высвобождаемое Au может мигрировать на значительные расстояния. Концентраторами его в этом случае выступают кварцевые жилы и прожилки, которые могут быть автохтонными либо аллохтонными по отношению к золотогенерирующим толщам.