ГлавнаяРассматриваются закономерности формирования и размещения золоторудных полей, месторождений в минералогических, геохимических, геофизических полях, выявленные на основе изучения рудно-метасомати-ческой зональности и структуры физических полей в различных геологических условиях Сибири. Исследованы месторождения палеозойских складчатых областей и структур мезозойской тектономагматической активизации. Месторождения золота относятся к золото-скарновой, золото-альбититовой, золото-кварцево-березитовой, золото-углеродисто-сульфидной, золото-халцедон-кварцевой формациям.
Метасоматические и рудные формации и закономерности их размещения. Специфика золотоносных площадей изученных складчатых систем выразилась в совмещении в единых зонах проявлений разноглубинного и разновозрастного базальтоидного и гранитоидного магматизма, в сложном блоковом и ярусном их строении, в дифференцированных знакопеременных магнитных и гравитационных полях. Золотое оруденение связано со становлением орогенной гранитоидной формации повышенной основности и магнитности и ее дайковой серии диорит-ламирофирового и порфирового ряда. Для продуктивных гранитоидных интрузий свойственны набор контрастных по составу и физическим свойствам пород от габброидов до гранитов; натриевая специализация пород (Na преобладает над К на 1—2 мас.%); присутствие муассанита, самородных Zn, Pb, Bi, Fe, Sn, Ag, Au и других минералов восстановительной обстановки образования; преобладание Cl над F во флюидной фазе кристаллизующихся интрузий; выраженные явления щелочного автометасоматоза; повышенные параметры распределения Au, Ag, Bi, Cu, Pb, Zn, As, Sb, Te, Ba в минералах гранитоидов и ореолов повышенной золотоносности контактовых метамор-фитов [KnAu = 1,2 — 1,4) и метасоматитов (КnAu = 1,3 — 250). Золотое оруденение в структурах тектономагматической активизации связано с субвулканическими интрузиями гранодиорит- и плагиогранит-порфиров.
Золото-скарновая гипабиссальная формация включает золотоносные скарны и золото-пирротин-медно-сульфидные метасоматические залежи на контактах гранитоидов с доломитами. Продуктивными оказались магнезиальные, известковые скарны, скарново-магнетитовые залежи, подверженные процессам перекристаллизации, околорудного метасоматоза в стадию кислотного выщелачивания скарнов — актинолитизации, окварцеванию, лиственитизации, сульфидизации. Кроме золотоносных скарнов встречаются золото-сульфидные контактово-метасоматические залежи. Магнезиальные скарны возникали в магматический этап в результате магматического замещения доломитов. Послемаг-матический этап привел к формированию известковых скарнов и послескарновых метасоматитов — скаполитовых, альбитовых, магнетит-тремолит-хлоритовых, серпентин-тальковых, кварцево-серпентин-кальцит-гематитовых, кальцит-хлорит-пирит-пирротиновых. Парагенетический анализ продуктов послемагматических процессов свидетельствует о близкопоследовательном времени образования скарновых, послескарновых и рудных минералов. Среди продуктивных ассоциаций в скарнах выделяются: 1) высокотемпературные (420—260°С) золото-кварцево-актинолитовые штокверковые; 2) среднетемпературные (320—240°С) золото-сульфидные вкрапленно-прожилковые; 3) золото-пирротин-медно-сульфидные контактовые залежи в кальцифирах (300—200°С).
Золото-кварцево-березитовая среднеглубинная формация включает кварцевые жилы и штокверки с разным сочетанием сульфидов среди березитов-лиственитов, гумбеитов. Золото-кварцевые жилы и штокверки залегают в зонах мелкой трещиноватости и в крупных сколовых трещинах среди эффузивно-осадочных, нередко углеродистых, пород рифея и палеозоя, габбро-диоритов, монцонитов, гранодиоритов, плагиогранитов нижне-верхнепалеозойских интрузивов. По характеру продуктивных минеральных ассоциаций руд и околорудных метасоматитов выделено восемь типов руд, отвечающих определенным стадиям минералообразования: I — высокотемпературный (440—220°С) вкрапленный убогосульфидный золото-кварцевый в альбититах; II — высокотемпературный (420—250°С) жильно-прожилковый убогосульфидный кварцево-золото-актинолитовый в амфиболизированных габбро-диоритах, диабазах; III — высоко-среднетемпературный (440—240°С) жильный кварцево-золото-шеелитовый в зонах лиственитизации диабазов; IV — среднетемпературный (390—200°С) жильный и прожилковый кварцево-золото-висмуто-сульфидный в березитизированных углеродистых сланцах, гранитоидах, порфиритах; V — среднетемпературный (320—120°С) малосульфидный жильно-прожилковый кварцево-золото-полиметаллически-сульфидный в березитизированных гранитоидах, сланцах; VI — среднетемпературный (320—130°С) прожилково-вкрапленный золото-углеродисто-сульфидный в березитизированных углеродистых сланцах; VII — средне-низкотемпературный (280—110°C) кальцит-золото-хлоритовый убогосульфидный в зонах карбонатизации габбро-диабазов; VIII — низкотемпературный (260—80°С) кварцево-карбонатно-золото-антимонитовый жильно-прожилковый в зонах карбонатизации и аргиллизации диоритов, порфиритов, сланцев.
В распределении месторождений разных минеральных типов в пределах крупных структур проявляется региональная зональность, обусловленная глубиной становления интрузий (2—7 км), метасоматитов и руд (1,5—6 км) и величиной эрозионного среза отдельных блоков этих зон. Например, в Восточном Саяне ярусность размещения золотого оруденения обусловлена блоковым строением зоны и приуроченностью золото-медно-сульфидных залежей к средним и верхним горизонтам кембрийской карбонатной толщи, а жильно-прожилковых и вкрапленных золото-кварцево-сульфидных руд — к верхним горизонтам перекрывающей среднекембрийской вулканогенно-сланцевой толщи, где в рудах преобладают сульфиды Zn, Pb, Ag. При этом эндоконтактовая зона (0,5—1 км) характеризуется жильно-вкрапленными кварцево-золото-сульфидными, контактовая зона (0,1—0,5 км) — массивными золото-пирротин-медно-сульфидными метасоматическими залежами, экзоконтактовая зона (0,3—2км) — вкрапленными карбонатно-золото-гематитовыми рудами.
Рудно-метасоматическая зональность. Для всех изученных золоторудных месторождений выявлена однотипная рудно-метасоматическая зональность — закономерная смена по вертикали снизу вверх гидротермальной колонны ранних площадных щелочных метасоматитов (калишпатовых, альбитовых, биотитовых) на поздние околорудные березиты-листвениты, гумбеиты (или аргиллизиты) с вкрапленно-прожилковыми, штокверковыми, жильными рудами. Каждому типу метасоматитов соответствует определенный структурно-морфологический тип оруденения: прожилково-вкрапленные золото-редкометалльные руды — в верхней части зоны щелочных метасоматитов и грейзенов; жильно-штокверковые кварцево-золото-сульфидные, золото-сульфидные метасоматические залежи, вкрапленно-прожилковые золото-сульфидные находятся на уровне березитов-лиственитов, гумбеитов, а прожилковые карбонатно-золото-гематитовые — в зоне карбонатизации — хлоритизации пород (рис. 1). Общий вертикальный размах рудно-метасоматических колонн достигает 1200—3800 м.
Щелочные метасоматиты возникали в апикальных и приконтактовых частях гранитоидных массивов, осложненных разрывами и зонами трещиноватости. Эти метасоматиты образуют крупные зоны, штоки (0,5—2,5 км) среди интрузивов. Калиевые метасоматиты, состоящие из ортоклаза (25—50%), кварца (30—40%), мусковита (1—10%) чаще занимают корневые участки метасоматической колонны. В краевых частях калишпатизации иногда возникали биотитовые метасоматиты. Кварцево-альбитовые метасоматиты слагают внешние зоны калишпатизации или образуют секущие тела размером 1—3 км в длину и 0,2—1,2 км в ширину. В других случаях калишпатиты занимают верхнее положение в метасоматической колонне, выступая в качестве краевой фации альбититов. Границы зон с боковыми породами постепенные, иногда резкие. Метасоматиты сложены альбитом №1—7 (50—70%), кварцем (20—40%), ферроактинолитом или биотитом, хлоритом, эпидотом, апатитом с пиритом, молибденитом, халькопиритом, золотом. В нижних частях термогидроколонн преобладал вынос до 20— 50% Si, Fe, Au, Ag, Cu, Pb, Bi из замещаемых пород. Накопление вещества с образованием вкрапленно-прожилковых кварцево-золото-редко-металльных руд происходило в средних и верхних частях этих колонн. Зональность околорудных метасоматитов жильных месторождений выразилась в развитии на нижних горизонтах пород тремолит-гидробиотитового, мусковитового, хлоритового состава, на средних — кварцево-пирит-серицитового, а на верхних — карбонатного, гидромусковитового (рис. 2). Они подстилаются альбит-калишпатовыми метасоматитами. Жильные руды в центральных частях метасоматических зон формировались первоначально путем метасоматоза с возникновением полосчатых и книжных текстур. Кверху эти метасоматические тела сменяются кварцевыми жилами выполнения трещинных полостей.
Для районов тектономагматической активизации складчатых структур формирование месторождений золота также нередко происходило путем синхронного рудоотложения с метасоматизмом, когда рудное вещество концентрировалось в определенной зоне метасоматической колонки и оформлялось в ней в виде синметасоматической вкрапленности и прожилков. Предрудная высокотемпературная (450—220°С) стадия кварцево-палевошпатового метасоматоза сопровождалась выщелачиванием Ca, Fe, Au. Часть золота переотлагалась во внешнюю зону слабого гидротермального изменения пород с образованием кварцево-амфиболовых и биотит-апатитовых золотоносных ассоциаций. Во вторую рудную стадию формировались березиты, гидроберезиты или аргиллизиты с жильно-штокверковой продуктивной минерализацией (400—180°С).
Размещение рудной минерализации по падению различных рудно-метасоматических колонн чаще прерывисто-волнообразное. При этом вертикальная зональность нередко выражается в смене снизу вверх более высокотемпературных кварцево-золото-пирит-арсенопиритовых (390—280°С) среднетемпературными (320—200°С) кварцево-золото-полиметаллически-сульфидными (400—500 м выше) и низкотемпературными (280—110°С) кварцево-сульфосольными (400 м выше) жильными рудами в зонах березитов-лиственитов. Температуры гомогенизации газово-жидких включений в минералах метасоматитов и жил с глубиной возрастают с 200 до 360°С в интервалах 600—800 м по падению зон.
Геохимическая зональность. Эндогенная рудко-метасоматическая зональность подчеркивается зональным размещением первичных ореолов, элементов. Выделяются надрудные (Ba, Sb, Hg), околорудные (Cu, Pb, Zn, Bi, Te, As1, Ag, Au, W) и подрудные (Ni, Co, V, Cr, Mn, Ti, Be, Mo, As2) их группы. В горизонтальном разрезе внешнюю зону слагают Ba, затем Hg, Sb, среднюю — Cu, Pb, Zn, Bi и внутреннюю — V, Cr, Ni, Co, Mo, As, Ag, Au, иногда W, Be. Концентрация элементов в ореолах возрастает по сравнению с фоновой вмещающих пород в десятки — сотни раз. Качественный состав этих ореолов одинаков для различных типов месторождений, но интенсивность и масштабы их проявления оказались наибольшими для золото-сульфидных метасоматических залежей по сравнению с кварцевыми жилами. Отдельные геохимические ореолы чаще представляют собой плоские факелы, в 2—17 раз превышающие размеры рудных тел и околорудных метасоматитов. Кверху они распространяются по контролирующим структурам на десятки — сотни метров.
Специальное изучение распределения элементов-примесей в пиритах разных месторождений подтверждает зональное размещение различной минерализации в рудно-метасоматических зонах. На контактово-метасоматических месторождениях изменения содержаний Au и элементов-спутников в пиритах рудных тел и околорудно измененных пород на глубину носят волнообразный характер с амплитудой волны концентрации в 200— 240 и 360—400 м. В пиритах нижних горизонтов изученных объектов отношения Au : Ag, Bi : Sb, Co : Ni, Zn : Pb не достигли своего максимума, что позволяет прогнозировать оруденение на глубину (рис. 3). В кварцево-жильных месторождениях офиолитового пояса Кузнецкого Алатау с глубиной наиболее монотонно изменяются мультипликативные показатели зональности Ba*Hg*Sb : Cr*Ni*Ca*W, Cu*Pb*Zn*Ag : Co*Ni*V*Cr на 800—1200 м по падению рудного тела. Выявленная зональность явилась результатом рудно-метасоматических процессов в пространственно разобщенных тектонических зонах, обусловивших формирование отдельных рудных участков с законченным циклом выщелачивания и отложения вещества.
Зональное размещение различных типов руд и эндогенных геохимических ореолов подчеркивается изменчивостью состава и свойств газовожидких включений в метасоматической колонне. Наиболее характерными показателями эволюции рудообразующих растворов в пространстве оказались изменения отношений SO4-2 + НСО3-: Cl-, K+ : Na+, Ca+2 + Mg+2 : K+ + Na+ и pH водных вытяжек этих включений в кварцах и карбонатах. Эти показатели изменяются с глубиной от 50 до 0,02. Установлено волнообразное изменение этих параметров с глубиной, соответствующее характеру размещения рудных столбов в структурах, при величине отдельных ритмов 160—240 и 360—400 м для контактово-метасоматических и 600—1200 м для жильных месторождений. Температуры гомогенизации газово-жидких включений в кварцах, карбонатах чаще обратно пропорциональны продуктивности кварцево-сульфидных жил и увеличиваются с глубиной с градиентом 10—20°С на 100 м.
Закономерности размещения метосоматитов и руд в физических полях. Локализация рудных тел и околорудных метасоматитов определялась сочетанием комплексов пород с определенными физическими свойствами, В геофизических полях это выразилось в избирательной приуроченности рудных тел и метасоматитов к аномалиям определенного знака или уровня значений (рис. 4). Более сложные взаимоотношения физических полей и рудно-метасоматических зон установлены в контактово-метасоматическом месторождении (рис. 5). Здесь рудоносная площадь окружена графитизированными породами, которые хорошо проявляются в виде аномалий вызванной поляризации. Графитизация пород осуществлялась под воздействием контактово-метаморфических и гидротерма льно-метасоматических процессов.
Исследования показали, что золоторудные проявления тяготеют к площадям с повышенными магнитными характеристиками пород. Например, на рис. 6 показана модель месторождения, расположенного в гранодиоритовом массиве, в пределах развития наиболее магнитных пород. Формирование массива происходило при активном участии явлений магматического замещения вмещающих вулканогенных пород основного состава. В послемагматический этап магнитность интрузивных пород изменялась еще дважды. Наиболее существенно она понижалась при площадной альбитизации и калишпатизации, а затем при околожильной березитизации. Рудные тела размещаются исключительно на участках пород с повышенной магнитной восприимчивостью и пониженной радиоактивностью на фронте затухания полевошпатовых метасоматитов. Эти метасоматиты характеризуются пониженной магнитной восприимчивостью и повышенной радиоактивностью. Размеры и интенсивность положительных и отрицательных геофизических аномалий находятся в полном соответствии с масштабами и интенсивностью прошедшего щелочного метасоматоза. При этом степень золотоносности кварцево-сульфидных жил резко сокращается за пределами повышенно-магнитных пород при их выклинивании. Минералогический состав руд в жилах закономерно изменяется по отношению к зонам щелочного метасоматоза (рис. 6, 7).
Появление магнитных аномалий среди комплекса пород обусловлено в основном повышенными содержаниями магнетита и пирротина. Исследованиями Ю.Г. Щербакова показано, что магнетит является одним из основных концентраторов золота в породах. Магнитные аномалии разного порядка и интенсивности соответствуют рудным районам, полям, месторождениям. В стволовых кварцево-рудных жилах вмещающие породы с повышенной магнитной восприимчивостью контролируют размещение рудных столбов.
В магнитных полях рудных районов хорошо прослеживаются изменения состава и намагниченности вмещающих пород при последующей магматизме и метасоматизме. Например, в структуре мезозойской тектоно-магматической активизации установлено двухэтапное проявление гранитоидного магматизма. В орогенный этап становления складчатой системы сформировались гранодиоритовые плутоны. Более основные и повышенномагнитные фации пород связаны с магматическим замещением исходных основных эффузивов и габброидов геосинклинального этапа. В этап активизации гранодиоритовые массивы подверглись магматическому замещению и площадным процессам послемагматического метасоматоза — альбитизации и калишпатизации. Это привело к снижению основности гранодиоритов и их магнитной восприимчивости. В контактовых зонах массивов формировались участки пород с фиксацией выносимого из исходных пород железа. В результате последовательного развития магматических и метасоматических процессов и сформировались рудовмещающие повышенно-магнитные породы. Рудный район представляет собой блок древних пород, сохранившийся от полного замещения гранитоидами, которые окружают и подстилают его. Месторождения располагаются на участках пород блока с повышенной магнитной восприимчивостью. Здесь магнитная восприимчивость вмещающих пород в 1,5—2 раза выше, чем магнитность аналогичных пород за пределами месторождения. В пределах месторождения проявляются и наиболее интенсивные отрицательные аномалии магнитного поля, фиксирующие безрудные участки. Совмещение отрицательных и положительных магнитных аномалий отражает пространственную сопряженность участков мобилизации и отложения железа и других компонентов пород и является характерной особенностью большинства изученных месторождений золота.
На месторождениях, локализованных в углеродистых терригенных толщах, рудные тела располагаются закономерно относительно аномалий геоэлектрических полей. Площади окварцованных, альбитизированных, карбонатизированных пород фиксируются положительными аномалиями естественного электрического поля и удельного электрического сопротивления, а также пониженными значениями вызванной поляризации. Участки графитизации алевролитов, аргиллитов, сланцев характеризуются противоположными по знаку аномалиями этих полей. Золотоносные кварцевые жилы размещаются или в пределах графитизированных сланцев, или на границе их с осветленными разностями пород (см. рис. 7). На этих участках создавались условия наибольшего градиента электрохимических и физико-механических свойств пород. Физические параметры рудовмещающих терригенных пород изменяются и в вертикальном разрезе рудных зон.
Повышенно-магнитные рудовмещающие породы обычно содержат небольшое количество метасоматических минералов. Для них характерны слабо проявленные биотитизация и амфиболизация. Метасоматическая природа рудовмещающих повышенно-магнитных пород доказывается пространственной сопряженностью их с площадями развития кремнещелочных метасоматитов. Они располагаются на фронте выклинивания последних. Размеры и интенсивность аномалий физических полей разного знака, их постоянная сближенность согласуются с масштабами и интенсивностью прошедших метасоматических процессов. Рудовмещающие породы характеризуются пониженными содержаниями радиоактивных элементов, обогащены железом и частично золотом, особенно на контакте с щелочными метасоматитами.
В случае локализации оруденения в диоритах, гранодиоритах содержание золота в рудовмещающих породах с повышенной магнитной восприимчивостью обычно в 1,3—1,8 раза выше, чем в породах за пределами месторождений. Напротив, породы зон низкой магнитности характеризуются 1,2—1,5-кратным пониженным содержанием металла. Повышенные содержания золота в рудовмещающих породах Н.В. Росляковой с соавторами рассматриваются как «ореол рудного поля».
С геохимической и электрохимической позиций породы зон повышенной магнитности и графитизации благоприятны для рудообразования. Породы содержат повышенные количества электронопроводящих минералов — магнетита, пирротина, пирита, марказита, графита с различными электродными потенциалами. Это создает благоприятные условия для протекания электрохимических процессов в поступающих растворах с осаждением золота. Наиболее выгодная ситуация для рудо-образования возникала в результате многократного процесса преобразования пород. Кроме того, в корневых частях рудно-метасоматических колонн рудовмещающие породы могли послужить дополнительным источником рудного вещества при его мобилизации метасоматизирующими растворами. Зоны мобилизации металлов фиксируются их отрицательными ореолами.
Расчет баланса вещества в вертикальном разрезе изученных месторождений показал, что мобилизованного метасоматическими процессами золота обычно недостаточно для формирования крупных объектов. Анализ геолого-геофизических данных позволяет сделать вывод о том, что некоторые месторождения сопровождаются максимально проявленными аномалиями физических полей на участках интенсивного развития метасоматоза. Для рудоносных территорий характерна также взаимообусловленность аномалий физических полей, отражающих предмагматическую, магматическую, послемагмэтическую историю формирования физико-геологических условий для локализации месторождений.
Авторами установлено фракционирование золота между жидкой и твердой фазами кристаллизующихся расплавов (К = (1,3—5,5) : 1) и между твердой и флюидной фазами области субсолидуса (К = 1:(3—21) для габброидных и 1 : (53—290) для гранитоидных интрузпй). Выявлено также 1,7—114-кратное накопление металла в трансмагматпческих флюидах, формировавших магнезиальные скарны продуктивных интрузий.
Выводы. 1. На месторождениях золота проявляется вертикальная рудно-метасоматическая зональность — смена снизу вверх щелочных метасоматитов на березиты-листвениты, гумбеиты, аргиллизиты с вкрапленно-прожилковыми, жильными, штокверковыми рудами в разных частях гидротермальной колонны. Размещение рудной минерализации по падению этих колонн прерывисто-волнообразное. В нижних частях термогид-роколонн преобладал вынос Si, Fe, Au из замещаемых пород, а фиксация их осуществлялась в средних и верхних частях колонн.
2. Формирование месторождений было длительным процессом перераспределения петрогенных и рудных элементов, поставляющим совместно с привносом глубинными растворами рудное вещество и создающим физико-геологические условия для рудообразования.
3. Золоторудные поля и месторождения размещаются на площадях, фиксируемых геохимическими и гравимагнитными аномалиями. Низкочастотные ореолы отражают участки интенсивного площадного метасоматоза. Рудные тела размещаются в местах контрастной смены значений напряженности магнитного поля, потенциала естественного электрического поля, поляризуемости, кажущегося удельного сопротивления, радиоактивности пород.
4. Выявляемые при крупномасштабном минералого-геохимическом, геолого-геофизическом картировании и обработанные с помощью пространственно-статистического анализа на ЭВМ параметры геохимических и геофизических данных используются для создания моделей их полей и ореолов. Критериями оценки уровней эрозионного среза месторождений служат закономерное размещение в вертикальном разрезе различных типов метасоматитов и руд, изменение коэффициентов зональности, типоморфных особенностей сульфидов, закономерное соотношение магнитных, радиоактивных и электрических полей. По этим количественным данным дается прогноз скрытого оруденения.