Строение и рудоносность отложений черносланцевой формации кембрия Алтайского хребта

В северных предгорьях Алайского хребта широко распространены черносланцевые отложения кембрийского возраста, входящие в состав карачагырской свиты. По литологическому составу свита подразделяется на две подсвиты: нижнюю — сланцевую и верхнюю — карбонатную.

Отложения нижней сланцевой подсвиты (мощность 350—400 м) залегают с угловым несогласием на породах сагульской свиты верхнего протерозоя и представлены переслаиванием кремнистых, углеродистых и глинистых сланцев, а также промежуточными между ними разновидностями, существенно обогащенными органическим веществом (OB). В верхней части подсвиты появляются также прослои известково-кремнистых, известково-глинистых сланцев и темно-серые известняки в виде линз и прослоев.

Породы верхней подсвиты (68—250 м) лежат согласно на нижней. В ее строении главная роль принадлежит известнякам, известковоглинистым и известково-кремнистым сланцам, в меньшей степени углеродисто-кремнистым и углеродисто-глинистым разновидностям сланцев, тесно переслаивающимся в разрезе. Общая мощность карачагырской свиты достигает 400—650 м.

В основании разреза карачагырской свиты выделяется горизонт черных сланцев, содержащий повышенные концентрации ванадия, молибдена, фосфора и ряда других редких и рассеянных элементов. На рудоносность последних в Туркестано-Алайском регионе впервые указал К.Е. Калмурзаев.

В последние годы было произведено детальное литолого-геохимическое изучение пород этого горизонта в пределах Исфайрам-Ачыкташского и Кыргызата-Наукатского районов, расположенных в северных предгорьях Алайского хребта.

В пределах названных районов рудоносный горизонт отчетливо выделяется во всех разрезах карачагырской свиты, занимая строго определенное стратиграфическое положение в основании разреза нижнекембрийских отложений. Слагающие его породы отчетливо выделяются в разрезе своеобразным парагенезом, представленным частым чередованием кремнистых, углеродисто-кремнистых, углеродистых, углеродисто-глинистых, известково-глинистых, известково-кремнистых, глинистых сланцев и их брекчий. В целом они характеризуются черной и темно-серой окраской, которая обусловлена присутствием в их составе OB, количество которого, как отмечалось выше, в отдельных разновидностях колеблется от 13—15 до 45—50%, иногда же достигает 80—85% (антраксолиты).

Одна из характерных черт этого горизонта — его исключительная выдержанность по простиранию, определенный вещественный состав и узкая фациальная принадлежность. Мощность его в пределах Исфайрам-Ачыкташского района 18—20 м, а восточнее, в районе Кыргызата-Науката, — 25—30 м. Несмотря на общее сходство отложений всего рудоносного горизонта, детальное его изучение позволяет выявить и заметные различия в их составе на западном и восточном флангах исследуемой территории. Так, на фоне большого фациального разнообразия пород в составе горизонта его облик в пределах Исфайрам-Ачыкташского района определяют темноокрашенные породы — углеродистые, углеродисто-кремнистые, кремнистые, углеродисто-глинистые сланцы и их брекчии, в значительной степени обогащенные OB. В Кыргызата-Наукатском районе преобладают глинистые, углеродисто-глинистые, углеродисто-известково-глинистые сланцы и их брекчии.

В рудоносном горизонте монотонно переслаиваются породы темносерого и черного цвета, среди которых макроскопически трудно различить отдельные слои. Только в результате детального анализа внутреннего строения, химического и вещественного состава слагающих пород нам впервые удалось осуществить расчленение горизонта в пределах изученных районов. Слои выделялись в соответствии с характером переслаивания, литологическим и минеральным составом, в том числе структурными и текстурными особенностями пород, содержанием в них отдельных рудных элементов, положением в разрезе, особенностями проявлений метаморфизма, концентрациями органических остатков. Каждый из выделенных слоев обладает определенной индивидуальностью. На основании вышеотмеченных признаков рудоносный горизонт повсеместно расчленяется на семь слоев (снизу вверх): 1) внутриформационные брекчии мощностью 1,9—2,1 м; 2) тонкое чередование кремнистых, углеродисто-кремнистых и углеродистых сланцев мощностью 3,5—4 м; 3) внутриформационные брекчии мощностью 2—2,5 м; 4) переслаивание кремнистых, углеродисто-кремнистых и углеродистоглинистых сланцев мощностью 2—3,5 м; 5) внутриформационные брекчии мощностью 3 м; 6) чередование углеродисто-глинистых и углеродисто-кремнистых сланцев мощностью 4,5—5,5 м; 7) пласт внутриформационных брекчий мощностью 2,5—3 м.

Интересно, что в вертикальном разрезе горизонта описаны четыре слоя брекчий (1, 3, 5, 7), согласно залегающих и циклично чередующихся со слоями кремнистых и углеродисто-кремнистых сланцев (2, 4, 6). Эти брекчиевые слои составляют около 50—60% его общей мощности. Выделенные слои более или менее выдержаны по простиранию.

Литологический состав, структурно-текстурные особенности, степень метаморфизма и рудоносность горизонта меняются при переходе от западных разрезов к восточным. Так, например, в Исфайрам-Ачыкташском районе (западный тип разреза) главенствующую роль играют кремнистые, углеродисто-кремнистые, углеродистые сланцы и их брекчии, тогда как породы карбонатного ряда практически отсутствуют, а глинистые сланцы занимают незначительное место.

В Кыргызата-Наукатском районе (восточный тип разреза) рудоносный горизонт, напротив, в основном представлен углеродисто-глинистыми, углеродисто-известково-глинистыми, известково-кремнистыми, глинистыми сланцами и их брекчиями. Породы карбонатного ряда здесь образуют слои, выдержанные по простиранию на большие расстояния. Прослеживание выделенных слоев рудоносного горизонта по территории показало, что фациальные замещения и особенно граница перехода заметны в широтном направлении, причем смена фаций наиболее резко выражена в бассейне р. Абшир. Изменение фациальной принадлежности отложений рудоносного горизонта по простиранию, а также различия в степени развития типично метаморфогенной минерализации, насыщенности конкрециями и органическими остатками дают основание нам выделять два типа разреза: западный — сланцевый, развитый в Исфайрам-Ачыкташском районе, и восточный — сланцевокарбонатный, характерный для Кыргызата-Наукатского района.

Цикличное строение и стратифицированность отложений характерны для рудоносного горизонта на протяжении свыше 80 км — от бассейна р. Исфайрам на западе до бассейна р. Акбура на востоке. Рудоносность горизонта определяется повышенными содержаниями ванадия, молибдена, фосфора, ряда редких и рассеянных элементов.

Концентрация и распределение указанных элементов в породах горизонта резко различны в Исфайрам-Ачыкташском и Кыргызата-Наукатском районах. На западе, в Исфайрам-Ачыкташском районе, концентрации элементов более значительные и в распределении элементов имеется большое сходство. В восточном, Кыргызата-Наукатском районе те же элементы ведут себя независимо друг от друга, концентрации их менее богаты.

Наблюдается тенденция к уменьшению содержаний фосфора, OB, ванадия, молибдена и других редких элементов во всех слоях рудоносного горизонта по простиранию с запада на восток, что коррелируется с литолого-фациальными изменениями в породах. Максимальные содержания указанных элементов приходятся на кремнистые, углеродисто-кремнистые, углеродистые сланцы и их брекчии, обогащенные OB. Минимальные содержания их отмечены в глинистых и известковоглинистых разностях сланцев.

В поведении фосфора наблюдается обратная закономерность: его содержание возрастает с запада на восток. Наиболее высокие концентрации фосфора характерны для углеродисто-глинистых и известковоглинистых сланцев, а в кремнистых и углеродистых разностях, наиболее богатых OB, они незначительны. Например, в брикчиевых слоях горизонта (1, 3, 5, 7), в составе которых ведущую роль играют обломки углеродистых, углеродисто-кремнистых и кремнистых сланцев с большим содержанием OB, отмечаются и высокие средние содержания ванадия (0,50%), молибдена (0,060%), меди (0,10%) и ртути (15—10в-5 %). Содержание органического углерода здесь достигает 18%. По простиранию в этих слоях наблюдается закономерное уменьшение содержаний названных элементов по мере увеличения карбонатной и глинистой составляющих. Так, в разрезах рудоносного горизонта Кыргызата-Наукатского района отмечается следующее содержание элементов (в %): ванадия — 0,057—0,25, молибдена — 0,004—0,010, меди — 0,009—0,02, ртути — 5*10в-5—7*10в-5, органического углерода — 5,4—10,0.

Распределение отмеченных элементов в сланцевых слоях (2, 4, 6) аналогично их распределению в брекчиевых породах. В разрезах Исфайрам-Ачыкташского района во всех трех сланцевых слоях средние содержания элементов примерно равны и составляют (в %): ванадия — 0,20—0,25, молибдена — 0,012—0,020, меди — 0,08—0,10, ртути — 15*10в-5—18*10в-5, органического углерода — 10,0—12,0. В пределах Кыргызата-Наукатского района содержание тех же элементов в этих слоях значительно уменьшается.

Детальное геохимическое изучение сланцев показало, что наиболее высокие концентрации ванадия, молибдена, меди, ртути, приурочены к тем разностям пород в составе которых преобладает углеродистое и кремнистое вещество. Названные элементы в этих слоях распределены по типам пород следующим образом. В черных кремнистых сланцах содержания элементов составляют (в %): ванадия — 0,035—0,260, молибдена — 0,003—0,033, меди — 0,08—0,10, ртути — 5*10в-5—9*10в-5, органического углерода — 0,9—4,5. Наибольшие концентрации перечисленных элементов фиксируются в углеродисто-кремнистых сланцах, сильно обогащенных OB. Эта разновидность сланцев является одним из главных концентраторов рудных элементов. Здесь установлены более высокие содержания ванадия (0,450%), молибдена (0,037%), меди (0,12%), ртути (18-10в-5 %), при концентрации органического углерода от 9 до 25%. В углеродистых сланцах содержания тех же элементов составляют (в %): ванадия — 0,17, молибдена — 0,008, меди — 0,05, ртути — 10*10в-5, органического углерода — 25—30. Весьма характерно, что во всех трех сланцевых слоях в отдельных разрезах отмечаются тонкие прослои углеродистых сланцев, метаморфизованных до антраксолитов и содержащих OB в количестве свыше 50%. Однако, несмотря на обилие последнего, концентрации рудных элементов в них минимальны. Все это свидетельствует о том, что при высокой степени метаморфизма рудное вещество перераспределяется, за счет чего, вероятно, и происходит обеднение антраксолитовых сланцев указанными элементами. Минимальные их содержания приходятся на глинистые, известково-глинистые сланцы, в которых ванадий составляет 0,01—0,030%, молибден — 0,0015%, органический углерод — 4,5%. В указанных сланцах отмечаются и более низкие концентрации меди и ртути.

Фосфор, свинец во всех отложениях рудоносного горизонта Исфайрам-Ачыкташского района находятся в минимальных концентрациях. Ho при переходе с запада на восток по мере увеличения в их составе глинистого и карбонатного вещества отмечается постепенное увеличение содержаний этих элементов, и наиболее высокие их концентрации наблюдаются в разрезах горизонта Кыргызата-Наукатского района. В брекчиях содержание фосфора колеблется от 0,25 до 3,03%. Наибольшие концентрации фосфора и свинца определены в известково-кремнистых сланцах.

Таким образом, можно думать, что концентрации этих элементов повсеместно контролируются составом вмещающих пород. Фон повышенных концентраций определяется распространением тех или иных разновидностей сланцев в разрезе и по простиранию рудоносного горизонта. He только содержания вышеназванных элементов, но также и корреляционные связи между ними различны в породах горизонта, распространенных в восточном и западном разрезах. Так, в Исфайрам-Ачыкташском районе эти сланцы более богаты молибденом, ванадием, медью, ртутью. Здесь повсеместно существует положительная корреляционная зависимость между содержаниями вышеуказанных элементов и OB. В Кыргызата-Наукатском районе аналогичные породы горизонта обогащены фосфором, свинцом, и положительная корреляционная связь этих элементов с органикой не установлена.

В заключение следует подчеркнуть следующие важные положения.

В результате детального литологического изучения впервые удалось расчленить рудоносный горизонт на семь слоев, которые по своему внешнему облику, минералого-петрографическому составу и характеру переслаивания обладают ярко выраженными индивидуальными особенностями. Наибольшим развитием пользуются брекчиевые слои, составляющие около 50—60% общей мощности горизонта (1, 3, 5, 7), а также три существенно сланцевых (2, 4, 6) слоя.

В составе рудоносного горизонта Исфайрам-Ачыкташского района основную роль играют черные кремнистые, углеродисто-кремнистые, углеродистые, углеродисто-глинистые сланцы и их брекчии, тогда как в Кыргызата-Наукатском районе рудный горизонт сложен преимущественно углеродисто-глинистыми, углеродисто-известковисто-глинистыми, известково-кремнистыми и глинистыми сланцами, а также брекчиями аналогичного состава. На этом основании выделены в первом из названных районов западный, сланцевый, а в втором — восточный, сланцево-карбонатный типы разреза. Породы, слагающие эти разрезы, постепенно замещаются одни другими по простиранию рудоносного горизонта.

Циклическое строение разреза рудоносного горизонта карачагырской свиты кембрия прослежено на расстоянии свыше 80 км. Занимая определенное положение в стратиграфическом разрезе, этот горизонт является маркирующим и позволяет выявить детали структурного плана кембрийских отложений. В широтном направлении он прослеживается далеко за пределами исследованных районов.

Таким образом, редкометальное оруденение в отложениях черносланцевой формации отличается четкой стратиграфической и литологической приуроченностью, а именно к породам, залегающим в основании разреза карачагырской свиты кембрия (рудоносный горизонт). При этом наиболее высокие концентрации ванадия, молибдена, меди, ртути локализуются в углеродисто-кремнистых, углеродистых, кремнистых сланцах и их брекчиях, обогащенных OB (Исфайрам-Ачыкташский район), в то время как содержания фосфора, свинца и серебра пользуются широким распространением в углеродисто-глинистых, глинистых, углеродисто-известково-глинистых сланцах и их брекчиях (Кыргызата-Наукатский район).

По простиранию рудоносного горизонта в слагающих его отложениях наблюдается отчетливая зональность в распределении рудных элементов. Так, в направлении с запада (Исфайрам-Ачыкташский район) на восток (Кыргызата-Наукатский район) в породах горизонта происходит постепенная смена ванадиевой, молибденовой минерализации на фосфорную, свинцовую и серебряную, являющиеся следствием фациальной дифференциации рудного вещества в зоне осадкообразования.

Богатые OB брекчиевые слои рудоносного горизонта, отличающиеся выдержанностью по мощности и простиранию, повсеместно характеризуются присутствием повышенных, а иногда и значительных содержаний ванадия, молибдена, меди, ртути. Это позволяет выделить их среди других слоев горизонта в качестве маркирующих, и слои могут быть использованы при поисках месторождений данного рудного комплекса.