Рассеянное органическое вещество терригенных толщ и гидротермальное рудообразование

Известна приуроченность некоторых типов гидротермальных месторождений к песчаниково-алевролитово-сланцевым толщам докембрийского и палеозойского возраста, содержащим рассеянное органическое вещество (РОВ) в количествах около 3—5%. При этом РОВ, сингенетические сульфиды, карбонаты и некоторые другие комплексы минералов часто являются концентраторами металлов.

Существуют положительные корреляционные связи органического углерода (Cорг) и золота, установленные для разрезов терригенных толщ многих провинций. Содержания Cорг составляют первые проценты, содержания золота — 0,2—0,7 г/т. Последние превышают кларк в 100 раз, но значительно уступают промышленным концентрациям.

Эпигенетические преобразования РОВ терригенных толщ, мощности которых в отдельных регионах превышают 10—15 км, сопровождаются генерацией и миграцией углеводородов (УВ), определяющими вместе с нерастворимым органическим веществом (OB) региональную зональность. Каждой из этих зон отвечает совокупность твердых, жидких и газообразных органических соединений, находящихся в осадочных породах и преобразующихся по мере изменения термобарических условий в недрах. Вопросам трансформации РОВ и миграции образующихся продуктов, в том числе нефтяных и газообразных УВ, посвящены многочисленные специальные исследования. Термобарические условия, при которых происходит преобразование OB осадочных пород при температурах 200—250° С и особенно больше 250° С, близки к условиям рудообразования в различных метаморфических фациях.

На фоне региональных превращений РОВ осадочных пород наблюдаются локальные изменения, обусловленные динамометаморфическими, магматическими и гидротермальными процессами. Роль последних была нами рассмотрена на примере группы золоторудных месторождений сульфидного прожилково-вкрапленного типа. Месторождения относятся к классу гидротермальных и формируются в интервале глубин от 1,5—2 до 5 км при температурах 200—350° С. Возраст рудовмещающих терригенных комплексов, принадлежащих флишоидной, аспидной, глинисто-сланцевой, песчано-сланцевой и другим формациям, от позднего докембрия до перми (в различных провинциях).

Месторождения этой группы имеют ряд общих отличительных признаков. Оруденение локализуется в прогибах миогеосинклинального типа, выполненных песчаниково-алевритово-сланцевыми толщами, обогащенными углеродистым материалом. Установлена связь этих месторождений с гранитоидными массами, скрытыми на глубинах 4—5 км. Во всех изученных случаях месторождения и рудопроявления располагаются по периферии и в «надынтрузивной» области крупных акмолитоподобных тел. Часто гидротермальная минерализация связана с дайками и малыми интрузиями гранодиоритового субщелочного состава.

Своеобразны структуры рудных полей, приуроченных к крупным дискордантным по отношению к слоистым толщам зонам дислокаций. Морфология рудных тел, представленных преимущественно лентовидными залежами, минеральный состав руд, характер выделения и распределения золота, а также присутствие в рудах углеродистых соединений и другие генетические признаки, наблюдающиеся на большинстве известных месторождений этой группы, позволяют выделять своеобразный промышленно-генетический тип месторождений золота.

По соотношению прожилково-вкрапленной и жильной минерализаций месторождения образуют непрерывный ряд от сульфидных прожилково-вкрапленных (с широким развитием рассеянной метасоматической вкрапленности золотосодержащих сульфидов) до жильных сульфидно-кварцевых (типичных представителей золото-кварцевой и золото-сульфидно-кварцевой формаций).

Зональность и стадийность оруденения, соотношения между различными морфологическими типами, развитие оруденения в разных зонах регионального метаморфизма независимо от возраста и степени преобразования пород, связь оруденения с комплексом даек поздних стадий орогенного этапа, локализация оруденения в наложенных дискордантных структурах — все это признаки, позволяющие относить месторождения к гидротермальным магматогенным. К этим признакам следует добавить различия в изотопном составе серы, ассоциациях элементов-примесей, различия содержания золота в сульфидах гидротермального происхождения по сравнению с сингенетическими (диагенетическими).

В рудах присутствуют газообразные УВ и битумоиды, а также кериты, антраксолиты, угли, антрациты и графит.

Роль OB в гидротермальном процессе определяется, вероятно, положением области рудообразования в разрезе, преобладающим типом OB в породах, степенью его регионального изменения.

В некоторых метаморфизованных песчаниково-алевритово-сланцевых толщах наблюдаются отчетливые следы миграции подвижных органических соединений по зонам кливажа, рассланцевания и дробления. Их скопления, окруженные ореолами осветления, располагаются по трещинам в согласии со слоистостью, либо секут ее (рис. 1, 2).

Максимальные концентрации углеродистого вещества, а нередко мелкие чешуйки графита находятся в сильно нарушенных сланцах зон тектонических разломов и приурочены к поверхностям скольжения. Тонкие тектонические швы часто выполнены милонитом, содержащим углеродистые вещества типа антраксолита и графита. Можно полагать, что метаморфизм и дислокация осадочных пород, содержащих включения РОВ, приводят к изменению их состава, фазового состояния, перестройке структуры и частичной передислокации. Последнее даже в случае локального развития приводит к качественному изменению среды рудообразования, так как в трещины и поровое пространство поступают углеводородные флюиды. При этом меняются некоторые физические свойства пород, например электропроводность, поляризуемость, увеличивается анизотропия среды.

В осадочных породах, вовлеченных в рудный гидротермально-магматогенный процесс, наблюдается перераспределение OB, сопровождающееся как увеличением, так и уменьшением его содержания в экзоконтактовых частях даек, в ореолах гранитоидных массивов и во внешних зонах контактовых роговиков. Трансформация углеродистых твердых включений, происходящая в меняющихся термобарических условиях, сопровождается образованием газов и битумоидов, мигрирующих в горные породы.

В количественном отношении преобразование РОВ в околорудных породах (алевролитах, песчаниках, алевропесчаниках) выражается в потере Сорг от нескольких процентов в условиях серицитизации до 40% и более в зоне контактового воздействия гранитоидов (биотизация, амфиболизация, полевошпатовый метасоматоз).

В крупных зонах развития тектонитов одного из месторождений находится основная масса гидротермальных продуктов — около 50% измененных пород, столько же кварцевых новообразований и золотосодержащие сульфиды. Здесь же отмечается увеличение концентрации Cорг в 1,2—1,5 раза по сравнению с исходным. По данным Е.М. Захаровой, в зонах гидротермальной проработки одного из месторождений наблюдается увеличение содержания Cорг по сравнению с боковыми породами в 2—3 раза. Отмечается также тесная положительная корреляция между золотом и углеродом в поперечном сечении рудной зоны. Установлены два вида углеродистых соединений: ранние — типа антраксолита и поздние — типа низших керитов. В зонах тектонической и гидротермальной проработки заметно возрастает дисперсия концентраций углерода на всех месторождениях рассматриваемой группы.

Основная часть углеродистого вещества руд является нерастворимой в органических растворителях. Содержания битумоидов по семи изучавшимся месторождениям составляют от 0,0166 до 0,0286% на руду. Исследование нескольких проб из месторождения, локализованного в пермских углистых терригенных толщах Южного Верхоянья (в лаборатории органической геохимии МГУ под руководством Ю.И. Корчагиной и в лаборатории аналитической химии ИГиРГИ под руководством Р.А. Твердовой), выявило изменение состава битумоидов.

Содержание Cорг и суммы битумоидов в пробах пород и руд близкое. В составе хлороформенного битумоида, извлеченного из проб этого ряда, заметно некоторое уменьшение отношения С/Н (6,55—6,47—6,45). В битумоидах, извлеченных из руд, сокращается количество масел (0,0084—0,00403% руды) и количество ароматических УВ (в 3 раза). В то же время несколько увеличивается содержание смол (0,00259—0,00296% руды). Асфальтены в составе битумоидов не обнаружены.

Для изучения твердых микровключений OB в ряду порода — зона околорудных изменений нами применялись количественные методы петрологии, — были определены показатели отражения Rа и Rо. Около 15% частиц в составе РОВ имеют размеры до 30—700 мкм, что позволяет успешно определять в них показатель отражения. Выделение среди твердых углеродистых включений частиц витринита, лейптинита и твердых нафтидов (битуминиты Н) дало возможность использовать их в качестве надежного геологического термометра. Известно, что степень превращенности OB определяется максимальной температурой прогрева осадочных пород.

В алевролитах и алевропесчаниках установлены включения витринита, споринита, микринита, склеротинита, фюзинита, альгинита (?) и битуминита H, а также образования неопределенной природы (рис. 3—6). Встречаются органические включения, замещенные минеральным веществом, в основном карбонатами и сульфидами. Замещаются краевые части включений нередко асимметрично относительно исходной формы зерна. Можно видеть также уменьшение объема и дезинтеграцию включений OB.

Показатель отражения витринита вблизи рудной зоны (128—135%о Ra) приближенно соответствует температурам 270—295° С. В одной и той же пробе встречаются твердые нафтиды различной степени превращенности. Палеотемпература их образования 220 и 260° С. Совместное нахождение этих нафтидов объясняется разновременной их генерацией и миграцией битуминита из глубинных, более прогретых зон во внешние. В частности, согласно исследованиям нижнепермских отложений, которые погружались на максимальные глубины 5—6 км, с ними связаны нафтиды двух генераций, образовавшиеся при 250—270° С в верхних горизонтах рудного поля (до 300 м от эрозионного уровня) и при 275—290° С в более глубоком горизонте.

Полученные результаты показывают, что органические вещества в зоне влияния гидротермального потока преобразованы при температурах не менее 200—300° С. О далеко зашедших процессах трансформации свидетельствуют высокие показатели отражения, дезинтеграция включений и частичное замещение органических веществ минеральными. Градиент локального изменения витринита здесь значительно выше обычно наблюдаемого при региональном метаморфизме пород. В жестких термических условиях гидротермального процесса твердое OB гумусового ряда изменяется до антрацитовой стадии, а нефтяные включения — до керитовой и антраксолитовой. Данные по одному из месторождений свидетельствуют о существовании двух генераций твердых нафтидов, соответственно керитов и антраксолитов. Ранняя их генерация связана с температурами 275—290° С, поздняя — с температурами 200—245° С.

Вероятно, часть твердого OB под воздействием гидротермальных флюидов переходила в жидкое и газообразное состояние и мигрировала в породах, создавая в определенных тектонических условиях своеобразную геохимическую среду, характеризовавшуюся повышенным содержанием активных органических соединений. Синхронность процессов преобразования OB и кристаллизации гидротермальных минералов подтверждается замещениями органических частиц во внешних зонах гидротермальных изменений минеральным веществом, а также наличием углеродистых соединений в разновозрастных минеральных ассоциациях.

Проблема участия углерода и его соединений в геологических процессах, в том числе геохимические связи золота и углерода в различного типа образованиях, рассматривалась неоднократно. В большинстве исследований анализируются первичные концентрации золота в осадках и возможное участие углеродистых соединений в перераспределении металла, ассимиляции его растворами при последующих процессах, протекающих в осадочно-метаморфических формациях. Некоторые исследователи рассматривают углеродистые вещества как компоненты гидротермальных минеральных комплексов, которые имеют ювенильное происхождение. Другие предполагают существование в гидротермальной системе золотоорганических соединений. Однако основная информация о соотношениях золота и углерода, точнее, об участии углеродистых соединений в реакциях, сопровождающихся растворением или осаждением золота, содержится в технологических разработках, материалах изучения гипергенных процессов, а также в результате экспериментальных исследований, имеющих целью выяснение вопросов образования золотых руд в углеродистой среде.

Наши наблюдения подтверждают возможность участия углеродистых соединений в гидротермальном процессе. Важно, что обычные для терригенных пород алевропелитового состава содержания РОВ достаточны для широкого взаимодействия продуктов его преобразования с ювенильным гидротермальным материалом.

Наблюдаемые соотношения OB с продуктами динамотермальных преобразований осадочных пород, а также с гидротермальными минеральными комплексами руд указывают на возможность широкого и разнообразного участия в рудообразовании металлоорганических соединений, а также проявления сорбционных и каталитических свойств подвижных (УВ-газы и бутумоиды) и малоподвижных (твердое остаточное OB) органических соединений как в зоне транспортировки гидротермального раствора, так и в зоне рудоотложения.

Относительно равномерное распределение РОВ во всем объеме осадочных пород, вероятно, способствует появлению химически активной восстановительной среды.

В заключение можно отметить следующее.

1. Приуроченность оруденения к терригенным толщам c повышенным содержанием РОВ и предполагаемая роль углеродистых веществ в рудообразовании (сорбционные и каталитические свойства, способность к комплексообразованию) позволяют выделять среди гидротермальных рудных образований семейство формаций, в том числе золото-углеродистую формацию, генетические признаки которых указывают на участие углеродистых соединений.

2. Органическое вещество находится в зонах гидротермального рудообразования в различном фазовом состоянии, неоднократно изменявшемся при пульсации тепловых потоков. Это обусловило геохимические особенности среды.

3. Твердое органическое вещество в зоне гидротерм изменяется в соответствии с максимальной температурой в недрах. Эти изменения служат показателем палеотемператур.

4. Изучение связей РОВ осадочных пород разного возраста и различных глубин с гидротермальными комплексами находится в начальной стадии. Исследование этих связей будет способствовать решению важных поисковых и генетических вопросов.