Некоторые черты геохимии сульфидов в черносланцевых толщах Саяно-Байкальской горной области

Черносланцевые толщи Саяно-Байкальской горной области входят в состав докембрийских и нижнекембрийских геосинклинальных комплексов. Эти толщи сложены углистыми сланцами, алевролитами, алевропесчаниками, углесодержащими карбонатными породами, претерпевшими метаморфические преобразования и превращенными в филлитовидные, слюдистые, кварц-слюдистые сланцы и мраморы. Более высокий метаморфизм обусловил новообразования кордиерита, граната, силлиманита, дистена, биотита, мусковита, графита и ряда других минералов. Перечисленные породы слагают прослои и горизонты мощностью до десятков и сотен метров (редко больше) в разрезах осадочных и вулканогенно-осадочных толщ. Значительная часть углеродистых отложений сопровождается пиритом, образующим рассеянную вкрапленность, маломощные линзы и послойные выделения, которые прослежены по простиранию на километры, а в ряде районов даже на десятки километров. В процессе регионального и контактового метаморфизма пирит перекристаллизован и частично, а иногда полностью преобразован в пирротин. Такая сульфидная минерализация выявлена в верхнепротерозойских отложениях Восточного Саяна, Северного и Южного Прибайкалья и Витимского плоскогорья. Менее широко она развита в нижнепалеозойских геосинклинальных комплексах Джидинского и Еравнинского рудных районов, на Витимском плоскогорье, а также в отложениях нижнего протерозоя. Сланцевые и песчано-сланцевые углеродистые толщи иногда вмещают залежи серноколчеданных, колчеданных свинцово-цинковых руд и золоторудную кварц-сульфидную минерализацию. Некоторые исследователи полагают, что последняя является следствием метаморфизма пород, изначально характеризовавшихся повышенными концентрациями золота. Существует также мнение, что сульфидоносные породы в ряде случаев послужили источником золотоносных россыпей.

Основная задача проведенного исследования — оценить возможность генетической связи серноколчеданного, колчеданного свинцово-цинкового и золоторудного оруденения с первично-осадочной пиритовой минерализацией углеродистых пород. Главным объектом исследования были: пирит из тонкозернистых послойных выделений; пирит, слагающий рассеянную вкрапленность (в том числе более поздние метакристаллы); пирит из участков, перекристаллизованных при метаморфизме агрегатов, которые ассоциируют с кварцем и карбонатами; пирит из секущих прожилков. С помощью количественных методов (в основном спектрального и химического, частично атомно-абсорбционного) определялись содержания кобальта, никеля, теллура, таллия, серебра, мышьяка, золота, висмута. Аналогичным образом были исследованы пириты из золоторудных, серноколчеданных свинцово-цинковых руд. Во всех разновидностях пирита был определен изотопный состав серы. Анализы проводились на масс-спектрометре МИ-1305 по методике В.И. Устинова и В.А. Гриненко. Величины 6S34 в тексте и таблицах рассчитывались относительно метеоритного троилита с отношением S32/S34, равным 22,22. Специальное изучение органического вещества углеродистых пород не проводилось. По данным немногочисленных анализов, содержание органического углерода (Cорг) варьирует от десятых долей процента до нескольких процентов. На площади Холоднинского колчеданного свинцово-цинкового месторождения, где проводились более детальные исследования, по данным сотрудников ВСЕГЕИ, Бурятского геологического управления и Геологического института Бурятского филиала CO АН России, рудные залежи приурочены к пачке пород, обогащенных углеродистым веществом. Вместе с тем прямой зависимости интенсивности оруденения от содержаний Cорг здесь не отмечается и толща с горизонтами безрудных углеродистых сланцев прослеживается далеко за пределами месторождения.

Характерной особенностью первично-осадочных пиритов из углеродистых пород является низкая концентрация элементов-примесей (табл. 1). Присутствуют главным образом кобальт и никель. Содержание их варьирует в пределах 30—700 г/т. При этом отношение Co/Ni меняется от 0,01 до 2, не превышая в основной части проб 1, что считается характерным для сульфидов осадочно-сингенетичного происхождения. Содержание мышьяка колеблется в пределах 30—250 г/т, серебра — 0,1—10, висмута — 1—7 г/т, содержание золота не более 0,1 г/т. Таллий и теллур содержатся в количествах до 1 г/т. Уровень концентрации элементов остается столь же низким в пиритах, подвергшихся метаморфической перекристаллизации. Лишь в наиболее метаморфизованных разностях увеличивается доля кобальта и уменьшается — никеля, в результате чего отношение Co/Ni нередко достигает значений, больших 1 (табл. 2). В этих случаях пирротин, образующийся по пириту, резко обогащается никелем (до десятых долей процента) и обедняется кобальтом.

Изотопный состав серы пиритов и пирротинов варьирует в основном от -7 до +6 промилле (табл. 3). Большая часть серы по изотопному составу легче или примерно соответствует bS34 в метеоритах, иногда же она тяжелее (более чем на 7—10 промилле). При этом обычно устанавливается эпигенетический тип минерализации. Приведенные изотопные характеристики, а также имеющиеся сведения об условиях осадконакопления показывают, что сера сульфидов первоначально выделилась в осадки в процессе сульфатредукции в морских бассейнах с застойным гидродинамическим режимом придонных вод. Вариации изотопного состава серы по латерали и в разрезе характеризуют изменчивость условий седиментации и скоростей редукции сульфатов. При совместном нахождении углеродистых отложений с излившимися или пирокластическми породами можно предполагать существование вулканического источника серы, поскольку значения bS34 в этих случаях близки к значениям этого параметра, установленным для областей современного и древнего вулканизма.

Метаморфическое преобразование сульфидов в целом мало повлияло на величину изотопного отношения серы и выразилось главным образом в некотором усреднении ее состава. Последнее справедливо как для перекристаллизации разностей, так и для образовавшихся за их счет пирротинов. Пирит и пирротин кристаллических графитсодержащих известняков в сравнении со сланцевыми и песчано-сланцевыми углеродистыми породами обогащены тяжелым изотопом. Во всех пробах величина bS34 имеет положительные значения, составляющие в среднем около 6 промилле. В настоящее время нельзя объяснить, почему пи-ритная сера в образцах углеродистых алевропесчаников хохюртовской свиты нижнего кембрия из Джидинского рудного района отличается тяжелым изотопным составом, значения которых составляют +16,9 и + 18,2 промилле.

Иные геохимические характеристики имеют пириты колчеданных свинцово-цинковых руд, залегающих среди углеродистых сланцев. Как видно из табл. 4, пириты продуктивных ассоциаций Холоднинского колчеданного свинцово-цинкового месторождения содержат на один-два порядка больше мышьяка и серебра, чем пириты из углеродистых сланцев, а величина кобальт-никелевого отношения в них больше 1. Заметно отличается и изотопный состав серы. По результатам анализа почти 100 образцов пирита и пирротина установлено, что сера сульфидов из углеродистых пород обогащена легким изотопом, либо состав ее варьирует в динамике значений, мало отличающихся от метеоритного уровня. Эти же минералы из кварц-пиритовых и колчеданно-полиме-таллических руд во всех случаях обогащены S34. Величина 6S34 варьирует от +6 до +30 промилле при средних значениях, лежащих в интервале +-14 - +17 промилле.

Подобное различие в изотопном составе сульфидов углеродистых сланцев и продуктивных ассоциаций отмечалось и для других колчеданных месторождений. В связи с этим вполне логичным представляется вывод Ф.В. Чухрова о разновозрастности полиметаллической и серноколчеданной минерализации на месторождениях, залегающих в рассматриваемых формациях.

Пириты золотосодержащих кварцевых жил, залегающих среди углеродистых сланцевых пород, также весьма сильно отличаются по содержанию элементов-примесей и изотопному составу серы. Они характеризуются значительно более высокими концентрациями серебра, мышьяка и висмута (табл. 5). Сравнение значений bS34 пиритов, приведенное в табл. 6, обнаруживает различия этого параметра как по границам колебаний частных значений, так и по средним величинам. Подобное различие отмечено для месторождений Енисейского кряжа и других районов.

Таким образом, проведенное изучение пиритов первично-осадочного происхождения из углеродистых пород и пиритов продуктивных ассоциаций колчеданных свинцово-цинковых залежей и золотосодержащих кварцевых жил свидетельствует о значительном различии их геохимических характеристик. В то же время геохимические особенности первично-осадочной сульфидной минерализации углеродистых пород, распространенных как на площади месторождений различного состава, так и далеко за пределами рудных полей, весьма близки. Процессы метаморфического преобразования этих осадков протекают также однотипно и не приводят к разделению элементов посредством миграции неизвестным нам путем. Вышесказанное, а также эпигенетичный характер колчеданно-полиметаллической и золото-кварцевой минерализации по отношению к вмещающим сульфидоносным углеродистым породам позволяют видеть в них генетически разнородные и разновременные образования. Пространственная их совмещенность, отмеченная в ряде случаев, обусловлена, вероятно, разными причинами. Одной из таких причин может быть литологический контроль, при котором углеродистое вещество и пирит могли являться своего рода геохимическими или электрохимическими барьерами. Эти обстоятельства обязывают более осторожно относиться к положительной оценке продуктивности углеродистых сланцевых пород, поля распространения которых охватывают многие сотни квадратных километров.