Генетические типы месторождений в углеродистых толщах

Приуроченность к углеродистым толщам промышленных месторождений металлов (меди, свинца, цинка, золота, ванадия, вольфрама, молибдена и др.) привлекает в последнее время все большее внимание специалистов. Несомненно, что по мере широкого вовлечения в эксплуатацию все более бедных руд практическое значение этих месторождений будет все более возрастать, тем не менее в настоящий момент изученность месторождений оставляет желать лучшего. Достаточно сказать, что до недавнего времени все подобные месторождения считались, как правило, магматогенно-гидротермальными. Роль осадочных и метаморфических процессов изменения первично-осадочных толщ вообще не учитывалась либо считалась весьма несущественной. В последние годы наметилась тенденция противоположного характера: все подобные месторождения рассматриваются как сингенетичные вмещающим толщам. Обе эти точки зрения, по нашему мнению, являются крайними и не охватывают всего многообразия условий формирования таких месторождений.

Накопленные нами данные и анализ материалов многих других исследователей позволяют говорить о том, что месторождения, находящиеся в углеродистых толщах, могут иметь различный генезис. Предлагается выделять следующие пять основных генетических типов таких месторождений: 1) осадочно-диагенетический; 2) вулканогенно-осадочный и осадочно-гидротермальный; 3) метаморфогенно-гидротермальный; 4) постмагматически-гидротермальный (магматогенный); 5) полигенный.

Осадочно-диагенетические месторождения формируются на стадии накопления и диагенеза осадков за счет поступления рудогенных компонентов, в том числе серы, мышьяка, фтора и различных металлов, из областей эрозии древних пород. Роль оруденения подобного типа в формировании промышленных месторождений металлов в целом, видимо, невелика, хотя по отношению к разным металлам и формационно-возрастным комплексам пород может быть весьма значительной. По существу типоморфны лишь месторождения меди, но и они развиваются в нетипичных для углеродистой формации сероцветных терригенных и карбонатно-терригенных отложениях — в различных по минеральному и гранулометрическому составу песчаниках и сланцах, содержащих, как правило, незначительную (до 0,1—0,2%) примесь органического углерода (Cорг). Вместе с медью в медистых сланцах и песчаниках находится примесь, иногда существенная, серебра, свинца, цинка, а в ряде случаев никеля, кобальта, урана, молибдена, рения, ванадия и других элементов. Показательно при этом, что в рудоносных породах содержание Cорг обычно в 1,5—2 раза выше, чем в нерудоносных, хотя и остается в целом незначительным. Типичны в этом отношении протерозойские медистые сланцы и песчаники Восточной Сибири.

Среди древних известково-углистых сланцев и углеродистых известняков докембрия и раннего палеозоя, в которых содержание Cорг достигает 0,5—3% и даже выше, довольно многочисленны проявления свинцово-цинковой минерализации, в том числе в ассоциации с пиритом, флюоритом и баритом (Восточная Сибирь, Якутия). Однако достаточно крупных промышленных собственно осадочно-диагенетических месторождений урана, свинца, цинка и других металлов в таких толщах не образуется, во всяком случае они не являются типичными. Ранее рассматривавшееся как осадочное свинцово-цинковое месторождение Брокен-Хилл связано с вулканогенно-осадочными и метаморфизованными породами. Формирование медно-серебро-свинцово-цинковых месторождений Маунт-Айза и Хилтон, ранее относившихся к собственно осадочным, судя по имеющимся данным, также обусловлено процессами конседиментационного вулканизма, поэтому они должны быть отнесены к вулканогенно-осадочным. Оруденение здесь локализуется в пирито-туффитовых углеродистых доломитовых сланцах и кремнистых породах. Медно-ванадиево-урановые и урановые месторождения плато Колорадо (США) залегают в русловых песчаниках триаса.

Широко известные высокоуглеродистые мансфельдские медистые сланцы с высоким содержанием меди и других металлов не могут быть выделены в качестве древней терригенно-углеродистой формации: они залегают в виде маломощных слоев среди мелководных пестроцветных отложений и имеют основательно молодой пермский возраст. Кроме того, весьма вероятно, что проявление оруденения среди битуминозных сланцев, как и вообще формирование медистых сланцев и песчаников, в значительной мере определялось подводным вулканизмом, конседиментационными эксгаляциями, а также действием глубинных и вадозных термальных растворов.

В докембрийских и нижнепалеозойских отложениях собственно терригенно-углеродистой формации на стадии седиментогенеза и диагенеза, видимо, возникали лишь повышенные по сравнению с неуглеродистыми породами кларковые содержания металлов, которые не достигали промышленных концентраций. Исключение, возможно, составляют Rb, Ce, Li, Ge, Ga и другие редкие элементы. Как показывает анализ фактических данных, те высокие концентрации рудных элементов, которые установлены в отложениях этого типа и часто принимаются за осадочно-диагенетические, являются, скорее всего, вторичными, обусловленными в значительной мере метаморфическими или магматогенными процессами. Это, в частности, касается отмеченных в литературе повышенных концентраций золота в углеродистых алевросланцах. Во всех этих случаях оруденение контролируется складчато-разрывными нарушениями, возникшими в процессе тектонических деформаций и метаморфизма пород, и уже по одной этой причине не может считаться первичным, сингенетичным осадкам.

Для стратиформных месторождений урана, локализованных в углеродистых толщах, в частности для крупнейших месторождений Австралии Мери Кетлин и Аллигейтор Риверс, метаморфический генезис промышленного оруденения также не вызывает сомнений.

Образованию в углеродистых толщах вторичных промышленных концентраций многих металлов способствует прежде всего исходное повышенное содержание металлов в слагающих их породах, а также исходные повышенные концентрации As, S, Cорг, CO, CO2 и углеводородов, играющих, вероятно, весьма активную роль в процессах рудоотложения. Весьма важным обстоятельством является господство восстановительных условий в углеродсодержащих породах, что способствует осаждению в них металлов из растворов на протяжении всей истории их существования, начиная с этапа седиментогенеза и кончая метаморфизмом, в том числе гидротермальным.

Вулканогенно-осадочные и осадочно-гидротермальные месторождения формируются в процессе осадконакопления при решающей роли подводных многокомпонентных мышьяково-сернистых металлоносных эксгаляций и терхмальных растворов-рассолов, в том числе глубинных и смешанных ювенильно-вадозных. Собственно процессы терригенного седиментогенеза играют при этом подчиненную, хотя и важную роль в обогащении осадков рудными элементами. Строго разделить между собой минералообразование, обусловленное подводным вулканизмом и глубинными гидротермами, непосредственно не связанными с вулканическими очагами, в большинстве случаев не представляется возможным, ввиду этого вулканогенно-осадочные и осадочно-гидротермальные месторождения объединены в один тип. Этот тип рудообразования в отличие от осадочно-диагенетического, видимо, играл значительно большую роль в формировании промышленного оруденения, в том числе и в отложениях собственно терригенно-углеродистой формации. Прежде всего он характерен, естественно, для вулканогенных и вулканогенно-осадочных толщ, в которых реализуется в виде крупных колчеданных, медноколчеданных и колчеданно-полиметаллических месторождений с сопутствующей золотой, серебряной и прочей минерализацией. В последнее время установлено, что как собственно колчеданное (пиритовое), так и медноколчеданное оруденение с сопутствующей золотоносной минерализацией, представляющей практический интерес, развиваются не только в вулканогенных, но и в терригенно-углеродистых породах, переслаивающихся с вулканогенными. Такие проявления колчеданной и медноколчеданной минерализации с сопутствующим золотым оруденением известны как среди докембрийских, так и среди более молодых образований.

К этому типу относятся и крупнейшие в мире месторождения богатых свинцово-цинковых руд Брокен-Хилл и Маунт-Айза (Австралия). Собственно золотые месторождения вулканогенно-осадочного генезиса в древних докембрийских и нижнепалеозойских разрезах пока не выявлены. Вместе с тем в более молодых толщах такие месторождения уже открыты. К подобным образованиям, в частности, может быть отнесено прожилково-вкрапленное оруденение пирит-арсенопиритовой ассоциации, развитое в карбоновых углеродсодержащих алевролитах и сланцах Казахстана. Как уже нами ранее отмечалось, вулканогенноосадочным и осадочно-гидротермальным процессам принадлежала важная роль и в формировании золото-сульфидной минерализации в докембрийских сланцах собственно миогеосинклинальной углеродистой формации. Золотоносные сульфиды, считающиеся осадочно-диагенетическими и магматогенно-гидротермальными по происхождению, в действительности в значительной мере являются осадочно-гидротермальными.

Метаморфогенно-гидротермальные месторождения формируются на позднем этапе преобразования пород при решающей роли метаморфогенных гидротерм. Существенное значение, видимо, могут иметь и захороненные растворы-рассолы древних эвапоритов, а также собственно вадозные воды, метаморфизованные и активизированные в глубоких недрах. Метаморфогенно-гидротермальный тип оруденения является основным для терригенно-углеродистых толщ, прежде всего для миогеосинклинальных, а также для переходных между мио- и эвгеосинклинальными отложений. К нему по существу относятся все известные в терригенно-углеродистых толщах стратиформные золоторудные месторождения, в том числе жильно-прожилковые и прожилково-вкрапленные. Первые, кварцевожильно-прожилковые месторождения образованы сгущением золотоносных кварцевых жил и прожилков малосульфидной формации в ассоциации с прожилково-вкрапленной золото-сульфидно-кварцевой минерализацией в боковых углесодержащих алевролитах; вторые, сульфидно-прожилково-вкрапленные, характеризуются пирито-кварцевой и арсенопирит-пирито-кварцевой прожилково-вкрапленной минерализацией в филлитовидных алевролитах, содержащих дополнительную повышенную вкрапленность, прожилки и линзовидные скопления пиритов более ранней осадочно-диагенетической и осадочно-гидротермальной генерации.

Кварцевожильно-прожилковый тип минерализации, помимо Средней Азии, характерен для существенно кварцевых углеродистых толщ ряда других районов. Содержание кремнезема в таких породах составляет 70—85% и более. Сульфидно-вкрапленная минерализация проявляется в более тонкозернистых отложениях. К метаморфогенно-гидротермальному типу могут быть отнесены известные свинцово-цинковые месторождения Прибайкалья (Таборное и др.), Якутии (Сардана), урановые и золото-урановые месторождения Мери Кетлин и Аллигейтор Риверс Австралии, приуроченные к углеродистым толщам, и целый ряд других месторождений.

С метаморфизмом и гранитизацией, сопровождающимися метамор-фогенно-гидротермальным рудообразованием, связано действие глубинных метаморфизующих флюидов, поступающих по зонам глубинных разломов и рассланцевания. Судя по результатам изучения газожидких включений и летучей фазы метаморфических пород, в составе метаморфизующих и рудогенерирующих флюидов основную роль играют углеводороды, CO и особенно CO2, содержание и активность которой находятся в прямой зависимости от карбонатности пород, расположенных в глубинных высокотемпературных зонах метаморфизма. Температура начала кристаллизации продуктивных минеральных ассоциаций находится в тесной зависимости от температуры метаморфизма пород, но в то же время не вполне совпадает с ней: в высокотемпературных зонах метаморфизма она на 100—150° С ниже температуры метаморфизма пород; в основной рудолокализующей хлорит-серицитовой зоне, наоборот, на 30—80° выше или практически совпадает; в цеолитовой зоне — на 50—150° выше температуры метаморфизма пород (таблица). Это, очевидно, указывает на то, что метаморфогенно-гидротермальное рудообразование осуществляется под влиянием растворов, активизированных в глубинных зонах метаморфической колонны в регрессивный этап метаморфизма.

Условия и место мобилизации рудогенных компонентов при формировании метаморфогенно-гидротермальных месторождений еще не достаточно изучены и во многом дискуссионны. Согласно представлениям многих исследователей, золото, сера, мышьяк, уран и другие компоненты мобилизуются в рудовмещающих породах, расположенных непосредственно на уровне локализации оруденения. Если это верно, то оруденение по существу следует рассматривать как альпийское, сегрегационное либо как осадочно-метаморфическое. Такие представления, в частности, развивает В.Г. Гарьковец применительно к оруденению кызылкумского типа, которое он рассматривает в качестве сингенетично-эпигенетического. Близкие представления развиваются В.С. Домаревым, Д.П. Сердюченко, В.Г. Петровым и другими исследователями.

Полуденные нами результаты показывают, что мышьяк и многие другие компоненты в основном выносятся из углеродистых и других толщ, испытывающих высокотемпературный метаморфизм, а отлагаются в зонах разломов и рассланцевания пород низкотемпературных фаций метаморфизма, где происходит разгрузка метаморфогенных гидротерм. Таким образом, области основного выноса и отложения рудоносных компонентов пространственно разобщены. В пользу этого свидетельствует наличие в породах высокотемпературных фаций метаморфизма и в корневых частях зон минерализации участков, обедненных рудогенными компонентами, откуда они уже вынесены. В то же время подобные зоны выноса редко наблюдаются на контакте с рудными телами и вообще на уровне локализации оруденения.

Как показывают расчеты, местное золото и другие металлы углеродистых толщ, находящихся на уровне локализации оруденения, играют лишь дополнительную, хотя и важную роль: сингенетичные их концентрации недостаточны для формирования оруденения, рентабельного для разработки в современных условиях. Необходимо дополнительное поступление металлов из более глубоких горизонтов либо же весьма значительное перераспределение по латерали.

Существенно также, что в пределах благоприятных литолого-стратиграфических углеродистых комплексов оруденение распределяется не равномерно, а лишь в благоприятных структурных условиях, на участках значительной гидротермально-метасоматической переработки — во флексурообразных изгибах (в плане) и на периклинальных погружениях складок, находящихся в местах сопряжения и пересечения зон глубинных разрывов и повышенной трещиноватости позднескладчатого синморфического этапа деформаций.

Постмагматически-гидротермальные (магматогенные) месторождения в отличие от рассмотренных выше формируются не до внедрения интрузий, как метаморфогенно-гидротермальные месторождения, а несколько позже, вероятно, в основном под влиянием глубинных постмагматических растворов. В отличие от метаморфогенно-гидротермального это оруденение характеризуется меньшими масштабами, но преимущественно более высокими концентрациями полезных компонентов и более сложным минеральным составом. Прежде всего это касается кварцевожильной минерализации. Оруденение тесно связано с заключительным интрузивным магматизмом орогенного этапа развития подвижных зон либо с процессами тектоно-магматической активизации. Углеродистые отложения в данном случае выступают, вероятно, лишь в роли благоприятной среды для рудоотложения. Месторождения этого типа развиты в различных районах распространения черносланцевых комплексов н до недавнего времени (до момента открытия метаморфо-генно-гидротермальных месторождений) являлись основным объектом изучения.

Полигенные месторождения имеют сложный генезис, т. е. формируются под влиянием вышерассмотренных процессов, начиная с осадочно-диагенетических и кончая постмагматическими. Обычно пространственно совмещены процессы сингенетичного и последующего метаморфогенного минералообразования. Значительно реже на них дополнительно накладывается еще и постмагматическое рудообразование, приводящее к повышению рудных концентраций. Характерным примером являются Кызылкумы, где на собственно мурунтауский метаморфогенно-гидротермальный догранитный тип оруденения накладывается более молодая постгранитная золото-серебряная минерализация. Подобное наложение отмечается и в ряде других случаев, в частности на урановых месторождениях района Аллигейтор Риверс (Северная Австралия) и в отдельных зонах полиметаллического месторождения Брокен-Хилл, вызывая значительное обогащение руд. Поэтому полигенные месторождения наиболее благоприятны для развития промышленного оруденения. И наоборот, собственно осадочно-диагенетические проявления без наложенных последующих процессов концентрирования характеризуются чаще всего самыми низкими содержаниями полезных компонентов.

За исключением постмагматического, все рассмотренные типы месторождений в соответствии с представлениями В.И. Смирнова, очевидно, следует рассматривать как стратиформные при широком понимании этого термина.