Роль органического вещества в образовании стратиформных месторождений цветных металлов в отложениях докембрия и нижнего палеозоя

Рассматриваемые стратиформные месторождения генетически связаны с определенными типами углеродистых отложений: с углеродистыми породами в терригенных формациях; собственно черносланцевыми формациями; карбонатными формациями с подчиненными горизонтами черносланцевых пород.

Терригенная формация. Медистые песчаники Кызыл-Бель (Таласский район, Киргизия) приурочены к пестроцветной флишоидной толще венда. Оруденение в пределах малиновой свиты концентрируется в пластах и линзах двух рудоносных горизонтов серо-зеленых аргиллитов, содержащих повышенные количества органического вещества (OB), присутствующего в виде обособленных сгустков и стяжений. Степень и характер оруденения контролируются OB. В верхнем рудоносном горизонте оруденение связано с отдельными маломощными прослоями и проявляется лишь на локальных участках, что можно объяснить неравномерным распределением органического материала. В нижнем горизонте богатое медное оруденение, как правило, приурочено к тем линзам серозеленых аргиллитов, которые отличаются наибольшим содержанием OB.

По данным Л.Ф. Наркелюна с соавторами, нижнепротерозойские отложения удоканской серии Кодаро-Удоканской зоны вмещают графит и другие остатки органического происхождения. Графит сосредоточен в хорошо прослеживающихся пластах и линзах мощностью до 1—2 м, залегающих среди тонкослоистых черных кварцевых и серицитовых сланцев икабийской свиты, а также среди кварцитов и тонкозернистых песчаников александровской свиты. Нижние горизонты бутунской свиты Икабийского района содержат плохо сохранившиеся остатки строматолитов типа Conophyton, а также остатки животных, которые А.Г. Вологдиным предположительно отнесены к древнейшим губкам. При изучении пород александровской свиты, обогащенных сульфидами железа и меди, устанавливается прямая корреляционная зависимость между остаточным OB и сульфидной серой. Удоканское месторождение, приуроченное к отложениям кеменской подсерии, характеризуется повышенным содержанием органического углерода по сравнению с вмещающими безрудными породами.

Обогащение серы сульфидов Удоканского месторождения легкими изотопами является подтверждением того, что медное оруденение генетически связано с субаквальными осадками, изначально насыщенными органическими остатками. В накоплении докембрийских медистых отложений большая роль принадлежала не только водорослям, но и анаэробным бактериям типа Desulphovibrio de sulfurican, которые участвовали в генерации сероводорода, необходимого для формирования сульфидов.

Золотоносные пласты древних конгломератов Витватерсранд (Южная Африка) обнаруживают тесную связь золота с углеродистым веществом. Исследования Холлбауэра позволяют сделать вывод о том, что углеродистое вещество представлено фоссилизированными остатками докембрийских водорослей, грибов, бактерий и лишайниковидных растений. Изотопный состав углерода, находящегося в конгломератах Витватерсранда, свидетельствует о его биогенном происхождении. Формы нахождения углерода многообразны. Это либо очень мягкое, тусклое, черного цвета вещество, своим обликом и физическими свойствами напоминающее фюзинит, либо массивные скопления зерен от 1 до 2 мм, по внешнему виду и физическим свойствам сходные с витринитом; встречаются также столбчатые волокнистые образования. Описаны, кроме того, небольшие черные непрозрачные сферические и почковидные зерна с тусклой внешней поверхностью, а также окремненные структуры, происхождение которых связывают с жизнедеятельностью грибковых организмов. Углеродистое вещество с реликтами биогенных структур бактериального и водорослевого происхождения образует отдельные прослои в основании золотоносных пластов. Прослои варьируют по толщине от одного до нескольких миллиметров и прослеживаются по простиранию от нескольких сантиметров до нескольких метров.

Золото, ассоциированное с углеродистым веществом, представлено несколькими морфологическими разновидностями. Это небольшие сферические, иногда волокнистые или неправильной формы образования, как бы повторяющие внутреннюю структуру различных типов выделений углеродистого вещества. Столбчатые агрегаты углеродистого вещества, представляющие собой скопления фоссилизированных остатков ископаемых организмов, близких к современным лишайникам, сыграли особую роль в концентрации золота. Так, тухолит иногда образует скопления, характеризующиеся столбчатой или пластинчатой формой.

Черносланцевая формация. Серноколчеданное месторождение Ачик-Таш (Киргизский хребет) приурочено к толще интенсивно метаморфизированных пород раннепротерозойского возраста, главным образом кристаллических сланцев. Оруденение локализуется в двух стратиграфических горизонтах графитистых сланцев, разделенных 150-метровой пачкой кварц-мусковит-хлоритовых сланцев. Это пластовые и линзовидные согласно залегающие тела. Графитистые сланцы образовались в результате интенсивного метаморфизма глинисто-песчанистых отложений, обогащенных OB, которое в рудовмещающих сланцах метамор-физировано до графита.

Хотя графит находится в тонкорассеянной форме, содержание его иногда достигает 15—16%. Наблюдается прямая корреляционная зависимость между графитом и глобулярным пиритом — скоплениями мелких кристаллов, размеры которых не превышают 0,001 мм. Г. Шнейдерхен считает подобные выделения оруденелыми телами бактерий. Отсутствие графита влечет за собой полное исчезновение пирита.

Весьма близки к графитистым пиритоносным сланцам Ачик-Таш породы пирито-марганцевого месторождения Хвалетице (Чехословакия), которые принадлежат к альгонскому комплексу (рифей). По нашим данным, рудная формация содержит в своей средней части горизонт марганцевых карбонатных руд, который с постепенным переходом залегает на графитистых сланцах, содержащих небольшие количества тонкорассеянного пирита. Вверху рудный горизонт по резкому контакту перекрывается также графитистыми сланцами, обогащенными пиритом. На этом контакте сформировались массивные пиритовые руды, образующие крупное месторождение серного колчедана.

Свинцово-цинковое Линейное месторождение (Енисейский кряж) приурочено к черным сланцам шунтарской свиты верхнего рифея. С углеродистыми сланцами связан пирит, который, как правило, тяготеет к прослоям, обогащенным OB, причем между количеством сульфидной серы и Cорг устанавливается прямая корреляционная зависимость.

Углеродистое вещество присутствует в рудовмещающих черных сланцах в виде расщепленных нитей и волокон, нередко гофрированных, плойчатых, «лестничных» вследствие многочисленных секущих трещин, которые часто выполнены углеродистым веществом. Для аналогичных пород за пределами месторождения характерно дисперсное или дисперсно-послойное распределение углеродистого вещества.

Элементный и групповой химический состав хлороформенного битумоида углеродистого вещества указывает на принадлежность его к сапропелевому типу. Значение bС13 варьирует от -1,84 до -2,86 промилле, т. е. в пределах, отвечающих биогенному углероду. Источником OB могли быть только остатки морского фитопланктона.

Серноколчеданные месторождения Хаутаваарское, Нялмозерское, Парандовское и другие в пределах Балтийского щита (Карелия) и их аналоги в Финляндии и Центральной Швеции приурочены к нижнепротерозойским вулканогенно-осадочным образованиям. По данным Г.В. Ручкина с соавторами, в пиритовых рудах Карелии постоянно наблюдаются прослои хемогенных кварцитов, графитистых сланцев и известняков и постепенный переход от этих пород, несущих густую вкрапленность пирита, к массивным рудам, образующим линзообразные и пластовые залежи. По нашему мнению, рудовмещающие толщи Карелии имеют флишоидное строение, с ними связаны сингенетические скопления сульфидов. Для разреза рудовмещающих пачек характерна циклическая повторяемость пород, в том числе и рудоносных горизонтов. Можно думать, что в формировании продуктивных отложений принимали участие мутьевые потоки. Периодичность проявлений вулканической активности, важнейшего ритмообразующего фактора, также способствовала появлению цикличнопостроенных толщ, в строении которых отразились прежде всего колебательные тектонические движения — осцилляции.

Графитистые и графитсодержащие сланцы являются обязательным компонентом разреза продуктивной части вулканогенно-осадочных метаморфизованных толщ. Согласно Г.В. Ручкину с соавторами, формирование рудовмещающих пород Хаутаваарского месторождения происходило в специфических условиях затухания вулканической деятельности, благоприятных для накопления OB, следствием которого явилось образование графитистых и графитсодержащих сланцев докембрия. Известняки Парандовского и Нялмозерского месторождений в значительной мере имеют органогенное происхождение. Карбонатные стяжения, встреченные в мраморизованных известняках Парандовского месторождения, по заключению 3.А. Журавлевой (устное сообщение), представляют собой онколиты — продукты жизнедеятельности синезеленых водорослей.

Особый интерес вызывают пиритовые оолитовые руды, широко представленные на Нялмозерском и иногда Парандовском месторождениях. Оолитоподобные стяжения сульфидов обычно образуются при раннем диагенезе осадков, богатых OB, в результате бактериальной сульфат-редукции. Состав оолитов Парандовского месторождения характеризуется широким разбросом bS34 и присутствием легкого изотопа S32, что свидетельствует о биогенном происхождении серы.

Для докембрийских месторождений Брокен-Хилл, Маунт-Айза, МакАртур Ривер (Австралия) характерен один и тот же тип оруденения. Однако они различаются по степени метаморфизма рудовмещающих пород и содержащегося в них OB. Ниже в таблице дается сравнительная характеристика упомянутых выше месторождений.

Согласно данным Гамильтона и Мюира, серебро-свинцово-цинковое месторождение Марк-Артур Ривер, находящееся на территории Северной Австралии, представлено слабо метаморфизованной рудной залежью стратиформного типа. Оруденение приурочено к битуминозным доломитовым сланцам. В пределах этого месторождения отмечаются значительные содержания неметаморфизованного OB. Особенно интересно, что в слабо метаморфизованных рудах Мак-Артур Ривер сохранились реликты клеточных структур древних организмов. Они находятся в составе минерализованных сланцев, имеющих определенное сходство с рудами месторождений Маунт-Айза и Брокен-Хилл. Из сланцев было выделено нерастворимое OB (кероген) с несомненной клеточной структурой. Клетки небольшие по размерам, длиной 2,6 мк, имеют форму удлиненных ооидов. Крупные колонии разрушались во время мацерации. Колониальная природа организмов, к которым принадлежат скопления клеток, подтверждается наличием перегородок между смежными клетками. Никаких дифференцированных клеток внутри индивидуальных колоний не наблюдается, а количество клеток различных размеров невелико. Предполагается, что нерастворимое OB как МакАртур Ривер, так и Маунт-Айза образовано остатками фотосинтезирующих водорослей или бактерий, но главным образом анаэробными сульфатредукторами, жившими в придонных глинистых осадках, которые после были изменены до черных сланцев. Наиболее распространенный из сульфидов — глобулярный пирит также связан с жизнедеятельностью бактерий. С керогеном он ассоциирует более тесно, чем другие сульфиды.

Для района месторождения Мак-Артур Ривер характерно широкое распространение водорослевых строматолитов и большое разнообразие микрофоссилий в горизонтах с оруденением.

Руды месторождения Маунт-Айза локализуются в толще кремнистых, доломитизированных и слабоизвестковистых глинистых сланцев среднего протерозоя.

О господстве восстановительных условий при накоплении первичных осадков, благоприятствовавших образованию сульфидов, свидетельствует широкое распространение графита, который выделяется в форме лучистых волокнистых образований, окружающих зерна пирита, мелких пластиночек в сфалерите, а также мельчайших выделений, примазок, лучистых сростков до 1 см величиной в амфорном кремнеземе. Значение bS34 свидетельствует о бактериальном происхождении сульфидов.

Полиметаллическое месторождение Брокен-Хилл относится к первично-осадочным, позднее глубоко метаморфизованным образованиям древнейшего архейского возраста. Графит, ассоциирующий с рудой, имеет биогенное происхождение. Отношение C12/C13, определенное в трех образцах, находится в пределах, характерных для биогенного углерода.

Возможно, что и в пределах месторождения Брокен-Хилл, как в районе Мак-Артур Ривер, находились значительные количества OB. Однако большая его часть была, вероятно, преобразована на стадии метаморфизма при взаимодействии с водой до CO2 и метана. Косвенным подтверждением этому служат присутствие метана внутри рудного тела и распространение углеродистого вещества, с которым связаны сульфиды, в породах по простиранию рудного тела в зоне с более низким уровнем метаморфических изменений.

Золоторудное месторождение Колар (Индия) приурочено к докембрийской сланцевой формации дхаварской системы (верхний архей). Рудные залежи локализуются в виде строго выдержанных по всему рудному полю горизонтов, сложенных главным образом сланцеватыми амфиболитами. Непосредственно вблизи залежей располагаются зоны развития мощных слюдистых сланцев.

Зоны развития слюдистых пород имеют, на наш взгляд, важное значение для выяснения генетической природы золота и сопровождающих его сульфидов. В отличие от амфиболитов, являющихся продуктом метаморфизма основных вулканических пород, слюдистые сланцы, располагающиеся в непосредственной близости от рудных тел и нередко их окаймляющие, представляют собой метаморфизованные глинистые осадки, обогащенные OB. Таким образом, историю формирования продуктивной толщи Колар можно представить как цепь периодических подводных излияний лав, разделенных спокойными периодами, когда отлагались глинистые, обогащенные OB осадки. С этими тонкодисперсными осадками и связаны рассеянные хемогенные концентрации золота. Восстановительная обстановка, обусловленная разложением и захоронением OB, была благоприятна для осаждения сульфидов железа (пирита, марказита, мельниковита) и других металлов, за счет перекристаллизации и переотложения которых в процессе метаморфизма образовались пирротин, арсенопирит и другие сульфиды.

На участие OB в формировании рудоносных горизонтов указывает присутствие в основании продуктивной толщи Колар отграниченного от других горизонта графит-сульфидных залежей смешанного типа, а также находки графита в составе золоторудных залежей.

Карбонатная формация. Западно-Прибайкальский свинцово-цинковый пояс приурочен к отложениям верхнего протерозоя (рифея), выделяемым для всего Прибайкалья под названием байкальского комплекса.

Исследование разрезов этого комплекса позволило установить цикличность его строения и выделить в истории формирования основные седиментационные циклы — микроритмы.

На наиболее изученном и разведанном участке Таборном Барвинского месторождения оруденение приурочено к отложениям среднеулунтуйской подсвиты и локализуется в тальково-карбонатных породах верхнего карбонатного горизонта этой подсвиты. Оруденение распространяется также в более молодые, перекрывающие улунтуйскую свиту кочергатские сланцы.

В пределах Прибайкальского рудного пояса прослеживается одна общая и характерная закономерность, выраженная в преимущественной приуроченности оруденения, которое сопровождается нередко флюоритом и баритом, к магнезиальным разностям карбонатных пород, а не к чистым известнякам. Черные талькиты в составе продуктивной улунтуйской свиты, по нашему мнению, представляют собой метаморфизованные и рассланцованные в надвиговых зонах доломитовые породы, обогащенные OB (в виде углеродистого OB, битума, антраксолита) и являющиеся первично-седиментационными образованиями. В низах кочергатской флишоидной свиты рудная минерализация приурочена к черносланцевым породам (мергели, углисто-глинистые сланцы), содержащим прослои алевролитов и доломитов, и является сингенетичной и одновозрастной вмещающей толще.

Скопления антраксолита, на наш взгляд, связаны с динамометаморфизмом битуминозных пород, содержащих в своем составе не только ОБ, но также и сингенетичный флюорит. Об этом свидетельствует факт тесного парагенеза этих двух образований, выраженный в том, что антраксолит образует сфероидальные обособления во флюорите, а последний, в свою очередь, выделяется в антраксолите в виде множества каплевидных сгустков. При метаморфизме (а не метасоматозе) содержавшееся в породе OB превратилось сначала в углеродистое вещество, а затем в антраксолит, а рассеянный флюорит одновременно перекристаллизовывался и переотлагался в тесной парагенетической ассоциации с антраксолитом, образуя крупнокристаллические агрегаты и обособления.

Свинцово-цинковое Горевское месторождение, которое рассмотрено детально в другой работе, является примером стратифицированных месторождений цветных металлов, несомненно, первично-седиментационного происхождения, но подвергшихся позднее глубокой трансформации на постседиментационном этапе эволюции. По типу оно во многом аналогично оруденению в рассмотренном выше Западно-Прибайкальском рудном поясе. Рудное поле сложено в основном карбонатными породами с прослоями углеродисто-карбонатных и кварцево-слюдистокарбонатных сланцев, залегающих в низах известняков и обнажающихся за пределами месторождения. Преобразование первичного рудного вещества до сульфидов происходило в диагенезе под влиянием процессов трансформации OB, позднее метаморфизованного. Углеродистый материал часто фиксируется как в породах продуктивной свиты, так и в других, более молодых свитах верхнепротерозойского комплекса.

Свинцово-цинковые месторождения Майско-Кылахской зоны (юго-восточная часть Якутии)—Сардана, Уруй, Перевальное — приурочены преимущественно к отложениям рифея, венда и кембрия. Типичным объектом в рассматриваемом рудном районе является месторождение Сардана. По данным Иогансена, рудоносная юдомская свита (венд) в зоне месторождения подразделяется на две подсвиты — терригенно-карбонатную (нижнюю) и существенно карбонатную, известково-доломитовую (верхнюю). Последняя разделена на пять пачек. Оруденение приурочено к доломитам верхней подсвиты и известно во всех ее пачках, кроме пятой. Выделены три фациальные зоны для главной рудовмещающей пачки: зона формирования крупного водорослевого доломитизированного массива («южный тип»); зона преимущественного накопления хемогенных слоистых доломитово-известковых осадков («северный тип»); переходная между ними зона краевой части водорослевого биострома, в которой ответвления массива и изолированные органогенные постройки чередовались с участками накопления хемогенных доломитоизвестковых осадков («промежуточный» тип разреза).

Более 90% оруденения локализовано в органогенных постройках, ловушках, связанных с двумя фациями: в верхней части — крупного биострома, а в краевой части массива — в узких изолированных постройках и ответвлениях.

Распространение свинцово-цинковой минерализации в центральной и северо-западной частях территории контролировалось битуминозными доломитами и известняками — отложениями застойных участков мелководного бассейна.

В целом оруденение в Майско-Кылахской зоне приурочено к светлым кристаллическим доломитам верхней подсвиты, причем нередко оно локализуется на контакте с черными битуминозными карбонатными породами и в зонах замещения доломитов известняками.

Близким аналогом рассмотренного выше района Майско-Кылахской зоны является свинцовый пояс Юго-Восточного Миссури в районе Бонн-Терр, посещенный нами. Особый интерес представляет связь оруденения с палеоподнятиями дорудного рельефа. По данным Джеймса, Ойла и Брауна, свинцовое оруденение приурочено здесь к толще доломитов Бонн-Терр позднекембрийского возраста и локализуется вокруг погребенных выступов и поднятий докембрийского фундамента, возникших при эрозии докембрийских пород в период накопления кембрийских осадков. После трансгрессии моря эти поднятия превратились в подводные отмели и банки на морском дне, с которыми было связано формирование водорослевых построек. Именно эти участки стали наиболее благоприятными для рудоотложения, в связи с чем они и получили название «структурных центров» оруденения. Около 90% всей добываемой на площади руды извлекается именно на участках, отвечающих этим «структурным центрам». Последние в некоторых районах характеризуются почти непрерывной минерализацией более чем на 70 м по вертикали, которая захватывает почти все слои нижней части формации Бонн-Терр.

В пределах рифов рудолокализующими структурами являются так называемые роллы — валообразные ответвления от основного тела рифа, сформировавшиеся в процессе последовательного разрастания водорослевых колоний, которые разделены в разрезе либо прослойками кластических осадков, либо поверхностями нарастания водорослей.

Рудоносными породами часто являются черные сланцы, образующие маломощные пласты и линзообразные прослои, подчиненные карбонатной продуктивной толще и тесно связанные с рифогенными фациями. С черными сланцами часто связано богатейшее оруденение. Их черная окраска, как показали наши исследования, обусловлена обилием органического битуминозного вещества, темно-коричневого и бурого под микроскопом. Свинцовая и пиритовая минерализация в черных сланцах возникла в условиях определенной узколокализованной геохимической фации на фоне более обширной рифовой фации.

Посещенный нами цинково-рудный район Джефферсон-Сити (Восточный Теннесси, США), по данным Кендалла, находится в пределах 50-метровой толщи доломитовых известняков формаций Кингспорт и Лонгвью. Последние входят в состав группы Нокс, возраст которой определяется как поздний кембрий — ранний ордовик. Продуктивная толща характеризуется многоярусным строением. Обнаруживается тесная связь оруденения со строматолитовыми образованиями, которые в рудоносных горизонтах представлены слоистым грубозернистым доломитом.

Весьма характерным является то, что строматолитовые тела имеют сверху «сфалеритовую шапку», образованную сплошным слоем сфалерита толщиной до 0,3 м и более. Практически вся руда в грубозернистых доломитах в основных рудоносных горизонтах локализуется в брекчиях, состоящих из блоков крупнокристаллического доломита, сцементированных грубозернистым доломитом. Эти брекчии рассматриваются как седиментационные образования, связанные с оползанием и обрушением осадков.

Краускопф указывает, что цинк легко извлекается из морской воды организмами и водорослями. Каннон также отмечает, что водоросли обладают способностью адсорбировать и концентрировать цинк. Указанный автор полагает, что цинк, широко распространенный в доломитах Локспорта, был отложен из морской воды, содержавшей необычно высокие количества металла. Извлечение цинка из морской воды организмами и обусловливает чистоту минералогии этих месторождений; адсорбция тех или иных металлов могла иметь селективный характер. Последующий переход цинка из ионной формы или металлоорганического комплекса в сульфид цинка мог произойти после захоронения осадка.

Рудообразование и формирование стратиформных месторождений были обусловлены обстановками накопления вмещающих осадков. Продолжительность и низкие скорости седиментогенеза (фактор времени) способствовали завершенности процессов тонкой химической дифференциации вообще и металлов особенно. Последнее наиболее полно реализовывалось в условиях застойного режима осадконакопления, устанавливавшегося в депрессионных участках морского дна, и сероводородного заражения, которое, в свою очередь, было связано с разложением органики и деятельностью сульфатредуцирующих бактерий.