ГлавнаяВ связи с выявлением сульфидных холмов в восточном секторе Тихого океана и разработкой механизма гидротермальноосадочного рудогенеза потребовалось уточнить эти представления. Для этой цели проанализировано строение колчеданных залежей в Учалинском, Верхнеуральском, Сибайском, Баймакском и Бурибай-Маканском рудных районах. В состав работ входило: документация карьеров, подземных выработок и керна скважин, изучение вещественного состава руд, поиски сульфидизированной фауны и рудокластов, составление литолого-фациальных профилей, изолиний кровли и мощностей рудных тел. Поскольку с сульфидными залежами ассоциируют гематит-кремнистые породы, сходные с железистыми металлоносными осадками современных и ископаемых океанических структур, потребовалось дать их сравнительный анализ. Решению поставленных задач способствовали работы наших предшественников по разведке и объемному изучению рудных полей, всестороннему исследованию руд, рудокластов и сульфидизированной фауны. Обзор этих работ дан в последних сводках по колчеданному оруденению региона.
Месторождения уральского типа локализуются в натровой риолит-базальтовой формации и приурочены к толщам риолит-базальтового и базальт-андезит-дацит-риолитового состава (контрастной и непрерывной). Обобщенная модель месторождений включает: подрудную зону серицит-кварцевых метасоматитов с прожилково-вкрапленной сульфидной минерализацией, рудную залежь, сформировавшуюся в депрессии; надрудную вулканогенную толщу, подверженную слабым гидротермальным изменениям. На выклинках сульфидных залежей отмечаются слои гематит-кремнистого состава и яшмы. Обычной является зональность рудных тел, выраженная в смене от подошвы к кровле серно-колчеданных руд медно- и цинково-колчеданными. Общие вариации минерального состава руд связаны с изменением состава и строения вулканических сооружений. С увеличением объема кислых вулканитов в рудоносных толщах отношение меди к цинку в запасах месторождений уменьшается в 3—5 раз, что сопровождается увеличением содержаний золота, бария, свинца. Рудоносные вулканические зоны, судя по геодинамическим реконструкциям, являются фрагментами междуговых бассейнов или окраинных морей.
Придонные сульфидные постройки. В результате выполненных исследований и работ других специалистов установлено, что на нескольких месторождениях наряду с пластовыми залежами и их фрагментами присутствуют сульфидные постройки типа холмов и гряд (рис. 1, 2). Среди этих рудных объектов выделяются две группы, приуроченные соответственно к контрастным и непрерывным толщам. Первая группа представлена Сибайским и Учалинским месторождениями, вторая — рудными полями Верхнеуральского, Баймакского и Маканского районов.
На Сибайском месторождении главная залежь располагается в днище кальдеры, имеет столбообразную форму и состоит из многоэтажной «связки» медно-цинково-колчеданных линз. Они имеют плоское основание и выпуклую кровлю, на выклинках и склонах сменяются вулканотерригенными породами с разнообразными рудокластами. Принципиальное распределение разновидностей руд подчинено, по А.Г. Жабину, симметрии конуса: оо P*L оо (Р — плоскости симметрии, перпендикулярные слоистости, L — ось симметрии). Стержневая зона, имеющая пиритовый и пирит-пирротиновый состав, сменяется к периферии халькопирит-пиритовыми, а затем сфалерит-халькопирит-пиритовыми и сфалеритовыми рудами. На выклинках рудных тел преобладают слоистые кремнисто-пиритовые руды. Текстуры медно-цинково-колчеданных руд массивные, пятнистые, полосчатые, брекчиевые. Установлено формирование брекчиевых разностей за счет сочетания аллохтонных рудокластов, взламывания ранее отложенных руд и цементации более поздними парагенезисами. При разрушении и перемыве вершин холмов возникали обломочные пиритовые руды градационной текстуры: крупные рудокласты в кровле слоев сменяются пиритовым песком.
В рудах Сибайского месторождения установлены сульфидизированные остатки фауны, отсутствующей за пределами колчеданной залежи. Среди них распознаются строматопоры, пелециподы, тентакулиты и трубчатые формы, напоминающие вестиментиферы. Отмечены линзовидные биостромы мощностью 1—2 м, протяженностью 7—10 м. Центральная часть их сложена трубчатыми формами, длина которых достигает 30 см. Присутствуют также дендроидные строматопораты и раковины пелеципод, водорослевые образования. В основании маломощных рудных прослоев установлены небольшие органогенные постройки высотой до 60 см, сложенные строматолитами. Изучение залегания водорослевых скоплений и раковин пелеципод, взаимоотношений с вмещающими обломочными породами показало залегание их в прижизненном неперемещенном положении. Присутствие органических остатков в рудах отражается повышенным содержанием фосфора, количество которого достигает 1 %.
На Учалинском месторождении признаки рудного холма установлены в центральной части залежи над куполом липарит-дацитов. Его реликты, сохранившиеся от разрушения, представлены существенно серно-колчеданными рудами, в кровле которых развиты рудокласты с гетитовой каймой. Окружающая холм и купол депрессия заполнена брекчиевыми и полосчатыми рудами халькопирит-сфалеритового и пирит-халькопиритового состава, часть которых является обломочными сульфидными породами. Последние имеют ритмичное строение, выраженное в сортировке обломков, и сменяются на флангах залежи и в кровле ритмов слоистыми разностями. Халькопирит-пиритовые и пиритовые обломки погружены в тонкообломочный пиритовый и метаколлоидный кремнисто-сфалерит-пиритовый агрегат. Мощность ритмов увеличивается в несколько раз в центральных частях кольцевой депрессии. Строение залежи осложнено обособлениями и жилами халькопиритового и сфалеритового состава. Рудоподводящая зона выражена прожилково-вкрапленной сульфидной минерализацией в серицит-кварцевых метасоматитах, развитых по дацитам купола.
В Верхнеуральском районе к сульфидным постройкам отнесены колчеданные залежи на двух стратиграфических уровнях среди толщи вулканогенно-обломочных пород смешанного состава. В ее низах на Узельгинском месторождении располагается тело холмообразной формы поперечником 200—300 м. Оно находится в депрессии, разделяющей купола дацитового состава. Подстилающими являются серицит-кварцевые метасоматиты с прожилково-вкрапленной медно-цинковой минерализацией. Подошва тела плоская, наклоненная на восток под углом 20—40° согласно напластованию вмещающих отложений. Кровля его выпуклая, крутизна склонов 15—45°. В основании рудного тела располагаются серно-колчеданные руды, выше которых следуют медноколчеданные и медно-цинково-колчеданные. По соотношению последних выделяются три ритма, верхи которых на порядок обогащены сурьмой и ртутью. Вероятно, эти ритмы соответствуют стадиям роста холма. Зернистость руд уменьшается к верхам залежи, что сопровождается появлением вкрапленности барита и теннантита.
В верхах вулканогенно-обломочной толщи на Талганском месторождении разведано горизонтально залегающее рудное тело, представленное несколькими сросшимися постройками холмообразной и валообразной формы. Высота их 10—20 м, поперечник 50—200 м, состав определяется комбинацией серно-колчеданных, медноколчеданных и медно-цинковоколчеданных руд и неодинаков в смежных постройках. Общее простирание рудного тела субмеридиональное и совпадает с ориентировкой депрессии, осложняющей кровлю дацитового купола. Выполнена она вулканогенно-обломочными породами, подверженными серицитизации, окремнению и сульфидизации. Колчеданные руды ассоциируют с гематит-кремнистыми породами, образующими пласты в подошве и кровле рудных тел. Во вмещающих обломочных отложениях на флангах залежи содержатся рудокласты различного состава. Надрудная толща, залегающая участками непосредственно на сульфидных телах, представлена известняками.
На Маканском месторождении, приуроченном к андезит-дацит-риолитовой толще, придонные рудные постройки отмечены на двух стратиграфических уровнях. Они имеют сложную морфологию с этажным расположением слившихся в местах раздува двух-трех медно-цинково-колчеданных линз, выклинки которых залегают согласно со слоистостью вмещающих вулканогенно-осадочных пород. Кровля таких тел имеет куполовидную и стогообразную формы, перекрывается гематит-кремнистыми и вулканогенно-обломочными породами, содержащими рудокласты. Мощность залежей достигает 30—40 м, поперечник — 100—200 м. К стержневым частям линз приурочены руды с субвертикальной струйчатостью, выраженной в виде извилистых полос и трубообразных форм. Последние имеют диаметр порядка 5—10 см, в осевой части сложены мономинеральным сфалеритом, окруженным сфалерит-халькопиритовым агрегатом. Они сходны с рудными трубами, обнаруженными в Восточно-Тихоокеанском поднятии и на кипрских сульфидных месторождениях. Установлены единичные находки сульфидизированных двустворчатых моллюсков и биогермов, сложенных столбчатыми и желваковыми строматолитами. Нижняя граница залежей неровная с клинообразными «корнями», которые фиксируют рудоподводящие каналы. Некоторые рудные тела были впоследствии разорваны и интрудированы телами дацитов, в контактах которых обнаружены вулканокластические брекчии, содержащие обломки руд и гематит-кремнистых пород.
На месторождении Таш-Тау, расположенном в западной части Бай-макского рудного района среди риолит-дацит-андезит-базальтовой толщи, признаки холмообразных построек установлены на глубине 60—100 м. Подстилающими породами являются сульфидизированные хлорит-серицит-кварцевые метасоматиты по андезитам, выше залегают вулканотерригенные, кремнистые осадки и силл риолит-дацитов. На плане изомощностей (см. рис. 1) видно, что два сросшихся холмообразных тела сплошных медно-цинковых руд слагают постройку длиной 200 м, шириной 60—100 м, высотой 15—20 м. Эта постройка в плоскости подошвы окружена шлейфом прожилково-вкрапленных свинцово-цинковых руд, располагающихся в кровле серицит-кварцевых метасоматитов. Под рудным телом в них присутствуют жилы халькопирит-пиритового состава.
Полученные данные по придонным сульфидным постройкам на колчеданных месторождениях Урала позволяют охарактеризовать их главные признаки и условия образования.
Рудовмещающими структурами являются впадины, в которых имелись условия для быстрого захоронения сульфидных построек. Они представлены кальдерами (Сибай, Макан), межкупольными и околокупольными депрессиями (Узельга, Талган, Учалы, Таш-Тау). Поступление вулканогенно-обломочного материала происходило со склонов кальдер или куполов, что доказывается составом обломков. Возможно, в ряде случаев заполнение осуществлялось за счет сноса со склонов более удаленных крупных палеовулканов, что предполагается, например, для надрудной толщи Сибайского месторождения .
Морфология построек (рис. 3) определяется положением рудоподводящего канала, стадийностью и темпом поступления гидротермальных растворов и скоростью осадконакопления. При постоянном положении рудоподводящего канала образуется либо холм, либо многоэтажная связка линз в соответствии со стадийностью поступления растворов. При переменном положении канала образуются групповые постройки, форма которых может быть близка к пластообразной. Прерывистое поступление гидротермальных растворов либо осадков способствует образованию разобщенных по вертикали сульфидных сооружений. Подошва построек обычно плоская, осложненная «апофизами» — зонами сплошных либо прожилково-вкрапленных сульфидных руд среди подстилающих серицит-кварцевых метасоматитов. При заполнении сульфидами воронок и рытвин в дне подошва может иметь сложную морфологию (Макан). Склоны построек имеют крутизну 10—40°. Кровля выпуклая со следами размыва, местами перекрывается слоистыми рудами. Тектонические деформации, которые происходили после формирования построек, приводят либо к их разрыву, заполнению трещин дайками и обломочными породами (Макан), либо к сдавливанию и будинажу.
Соотношение сульфидных сооружений с вмещающими отложениями (рис. 4) обусловлено скоростью накопления осадков (Сос) и сульфидов (Cс), скоростью разрушения сульфидных построек (Cрс). Абсолютные значения этих показателей для древних колчеданных месторождений оценить затруднительно. По современным аналогам известны такие данные: Cс — от миллиметров до нескольких сантиметров в год, время накопления построек — сотни лет; Cос — 1—15 мм в 1000 лет.
При таком соотношении скоростей накопление сульфидов может быть подавлено лишь лавинной седиментацией при склоновых оползнях. В остальных случаях сульфидное тело формируется раньше вмещающей толщи и на его сохранность влияет наряду с осадконакоплением разрушение постройки, обусловленное действием гравитационных сил, землятрясений, течений, окисления сульфидов, выщелачивания и т. д. Реальны три типа взаимоотношений сульфид — осадок (см. рис. 4). В случае Cос > Cрс наблюдается прислонение пластов к склону постройки; в случае Cос = Cс — Cрс характерны переслаивания руд и осадочных пород. При Cос < Cрс происходят разрушение тела и формирование горизонтов рудокластов.
Внутреннее строение сульфидных сооружений определяется механизмом их образования. На современных постройках в Восточно-Тихоокеанском поднятии установлено, что часть сульфидов отлагается непосредственно в месте выхода гидротерм (температура порядка 350°С), формируя «трубы», а часть выпадает в виде мелких частиц в «черных дымах». Эти частички засыпают продукты разрушения труб и образуют шлейфы возле холмов. Зафиксированная зональность в описанных выше сульфидных постройках соответствует этой картине. В центральной части преобладают массивные руды с элементами субвертикальной ориентировки в виде полосчатости и концентрических форм, которые, как и на кипрских месторождениях, реставрируются фрагментами сульфидных труб. Ближе к периферии преобладают брекчиевые руды, сложенные различными рудокластами. На флангах построек развиты слоистые руды, образовавшиеся при осаждении сульфидных частичек. Зональность минерального состава рудных тел определяется сменой от центра к периферии и от подошвы к кровле серно-колчеданных руд медно-и цинково-колчеданными.
Сульфидизированные остатки фауны являются одним из признаков придонных сульфидных построек в случае ее очагового распространения. Значение этих образований, давно известных на колчеданных месторождениях, выяснилось около десяти лет назад, когда в Галапагосском рифте в местах выхода на океаническое дно горячих гидротермальных источников были обнаружены скопления различных организмов. С тех пор подобные оазисы реконструированы в древних колчеданоносных толщах провинции Гуандун (КНР), Сомали. Прижизненное положение организмов свидетельствует о том, что они существовали во время роста сульфидных построек.
Железистые осадки. Во всех изученных придонных сульфидных постройках отмечены красноцветные железистые отложения. Они образуют слои, пласты и линзы либо в непосредственном контакте с рудами, либо во вмещающих толщах. Интерес к ним вызван тем, что подобные образования установлены в современных и древних океанических структурах. Формирование этих пород связывается с подводными гидротермальными источниками, и они во многих случаях ассоциируют с сульфидными постройками.
Красноцветные железистые отложения колчеданных месторождений Урала представлены несколькими разновидностями, отличающимися по соотношению гематита, кремнезема, глинистых минералов, обломков пород и породообразующих минералов (эдафогенная примесь). Эти разновидности имеют различное происхождение и различные источники вещества. Для определения их генезиса использованы данные по химизму (см. таблицу) и геолого-петрографическим особенностям железистых пород, изученных на колчеданных месторождениях, а также сведения по ископаемым металлоносным осадкам и яшмам Южного Урала. Главными петрохимическими критериями в соответствии с практикой литологических исследований приняты модули (Fe + Mn)/Ti; (Al2О3/SiО2) * 1000. Основано это на данных о том, что железо и марганец имеют преимущественно эндогенное, а глинозем — терригенное происхождение. На диаграммах, построенных с использованием 245 анализов кремнисто-железистых отложений различных регионов (рис. 5), определились поля гидротермально-осадочных, переходных и осадочных пород. В первое вошли разности, сложенные преимущественно гематитом и кварцем, которые находятся в тонком срастании, образуют глобулярные, кокардовые, сферолитовые структуры. Такие структуры обычно образуются при раскристаллизации железистого геля. На диаграмме Fe — SiO2 эти породы слагают линейное поле, которое отражает обратно пропорциональную функциональную зависимость компонентов. Содержание железа варьирует от 3—5 до 30—40%, для удобства описания выделены гематит-кремнистые и кремнисто-гематитовые породы (EFe соответственно <10% и >10%). Такое разделение принято в связи с тем, что металлоносными осадками называют отложения с содержанием HFe > 10%. Осадочные породы представлены яшмами, кремнистыми аргиллитами, алевролитами. В них значения модуля (Fe + Mn)/Ti не превышают 25—100, (Al2O3/SiO2)*1000 > 10. Вещество этих пород имеет преимущественно экзогенное происхождение, в них присутствует примесь биогенного кремнезема в виде скелетов радиолярий и радиоляриевого детритуса. Переходные разности включают как осадочные породы, обогащенные железистым веществом, так и гидротермально-осадочные породы, засоренные эдафогенной примесью — обломками пород и породообразующих минералов. В их образовании участвовали процессы: размыва гематит-кремнистых осадков и переотложения гидроокислов железа, подводного выветривания базальтов, окисления сульфидных руд. К этой же группе примыкают карбонатно-кремнисто-гематитовые накопления, образующие пласты в подошве известковистой толщи (Верхнеуральский район). Они сходны с металлоносными осадками океанов, отлагающихся выше критической глубины карбонатонакопления.
Непосредственно с рудами ассоциируют кремнисто-гематитовые породы, которые образуют слои в кровле сульфидных тел, реже в их подошве. Обычная мощность таких слоев от 5—10 до 30—50 см и лишь на Тал-ганском месторождении достигает 5—6 м. Длина их по простиранию от десятков до первых сотен метров. На флангах рудных залежей отмечено переслаивание сульфидных и кремнисто-гематитовых слоев, что свидетельствует о существовании окислительно-восстановительного перехода на границе зоны рудоотложения и морской среды. Распределены гематит-кремнистые породы в пределах рудных толщ, по имеющимся данным, локально, вблизи колчеданных залежей имеют повышенные содержания цветных металлов и бария (n*10в-2 — n*10в-1 %) и могут служить поисковым признаком на колчеданное оруденение. Такое распределение характерно для зон, где колчеданные месторождения приурочены к вулканическим аппаратам центрального типа. В зонах с трещинным вулканизмом, свойственным рифтовым океаническим долинам, гематит-кремнистые породы имеют площадное развитие и являются аналогами железистых металлоносных осадков океанов. Наиболее детально они изучены в Мугоджарах, где залегают в основании кремнисто-базальтовой толщи и суммарная мощность сложенных ими тел достигает 10—15 м. Эндогенное происхождение пород, кроме петрохимических и петрографических признаков, доказывается геологическими наблюдениями. Во-первых, в основании отдельных линз и пластов отмечены воронкообразные зоны гематит-кремнистых метасоматитов по базальтам, которые фиксируют места выхода на дно гидротермальных растворов. Во-вторых, некоторые тела имеют холмообразную форму с поперечником 10—15 м, высотой 2—3 м. Слои яшм прилегают к склонам таких холмов, содержат обломки и желваки гематит-кремнистого состава.
Материал по химическому составу кремнисто-гематитовых пород позволяет наметить среди них две группы. В базальтовых и риолит-базальтовых комплексах по содержанию железа они образуют непрерывный ряд от 3—5 до 30—40% (Сибай, Учалы, Мугоджары, Блява). Для толщ базальт-андезит-дацит-риолитового состава в этих породах характерны содержания железа менее 15 %. Это подтверждает заключение, данное ранее на основании анализа концентраций цветных металлов в вулканогенных породах, метасоматитах и рудах, о том, что состав гидротермально-осадочных продуктов зависит от состава подстилающих толщ. Причиной такой зависимости является выщелачивание металлов из подрудных отложений циркулирующими в них конвективными гидротермальными системами.
Выводы. 1. Главными признаками захороненных придонных сульфидных построек на месторожениях уральского типа являются: а) холмообразная или бугристая кровля в сочетании с плоским основанием, под которым располагаются зоны прожилково-вкрапленной минерализации и жилообразные сульфидные тела; б) случаи опережающего роста сульфидного тела по отношению к вмещающим осадкам (рудокласты на флангах и в кровле залежей, обломочные породы сульфидного состава, примыкание пластов к склонам построек); в) сочетание массивных, брекчиевых, струйчатых и трубчатых текстур руд, слагающих центральную часть залежей, со слоистыми разностями на их флангах; г) наличие сульфидизированных остатков фауны, сходных с органогенными колониями в местах выхода гидротерм на морское дно, и повышенных содержаний фосфора в рудах; д) ассоциация с гематит-кремнистыми породами, сходными с железистыми металлоносными осадками современных океанических структур.
2. Представление о придонных сульфидных постройках развивает генетическую модель колчеданной формации, базирующуюся на концепции субмаринного гидротермально-осадочного рудообразования. Выявленные признаки построек снимают кажущееся противоречие между метасоматическим характером руд колчеданных месторожений уральского типа и придонными условиями их отложения. В предшествующих разработках считалось, что гидротермально-осадочные руды в подавляющем большинстве случаев имеют слоистые текстуры и слагают тела пластовой и воронкообразной формы.
3. Анализ материалов по колчеданным, колчеданно-полиметаллическим и стратиформным полиметаллическим месторождениям дает основание полагать, что дальнейшие исследования по установлению первичной морфологии сульфидных залежей покажут широкое развитие придонных построек во многих рудных районах. Решение этой задачи будет иметь не только научное, но и практическое значение, поскольку повысит целенаправленность проведения геолого-разведочных и эксплуатационных работ.