Металлогеническое значение региональных поверхностей несогласия

УДК 553. 078: 551.241

Вестник СПбГУ. Сер. 7. 2005, вып. 4

М. Н. Афаиасов

МЕТАЛЛОГЕНИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ РЕГИОНАЛЬНЫХ ПОВЕРХНОСТЕЙ НЕСОГЛАСИЯ

Руда представляет природное образование с аномально высокой концентрацией химического элемента. Такая концентрация, противоречащая энтропийному процессу, которому следует геологическое развитие планеты Земля, требует привноса энергии в околорудное пространство. Еще в 30-х годах XX в. В. И. Вернадский подчеркивал это обстоятельство и указывал, что источниками энергии геологических процессов служат внутренняя энергия Земли и энергия Солнца. Первая ответственна за образование эндогенных руд, вторая - за экзогенные. Естественно, что по своим последствиям наибольший геологический интерес для металлогении будут представлять те границы, где встречаются или встречались в геологическом прошлом указанные два фронта энергии, т. е. региональные поверхности несогласия.

Поток внутренней энергии через литосферу неоднороден и по времени (тектонические циклы и периоды тек-тоно-магматической активизации - ТМА), и в пространстве (подвижные области и платформы). В данной работе нас прежде всего будут интересовать неоднородности в геологическом разрезе, при переходе от одного регионально развитого комплекса к другому, вышележащему. Обычно они представлены структурно-стратиграфическими несогласиями (ССН) на границе щитов и осадочных плитных комплексов. Аналогично этому ССН присутствуют в структурах типа срединных массивов. В краевой части щита предполагается, что осадочный чехол здесь был в геологическом прошлом и практическое значение имеет величина эрозионного среза; в сохранившемся осадочном чехле практическое значение имеет глубина залегания ССН, соответствующая возможностям горной промышленности.

Особого внимания заслуживает ССН в основании погребенных рифтогенных бассейнов конца позднего каре-лия-начала рифея (1,9-1,6 млрд лет), когда наиболее активно выделялась внутренняя энергия Земли после образования первичной литосферы. Структуры, заложенные в этот период, что отмечал еще Г. Штилле [1], проявляют себя как долгоживущие тектонические зоны, часто выраженные геоморфологически. Естественно ожидать, что это был период интенсивной магматической и флюидной деятельности и образования первичных геохимических фоновых концентраций в осадочных бассейнах в зонах наибольшей подвижности литосферы, в частности в зарождающихся континентальных рифтах [2. с. 431]. Последние, в свою очередь, унаследовали наиболее тектонически ослабленные, подготовленные зоны раннего протерозоя, которые в современной структуре кристаллического фундамента получили наименование «тектоно-флюидных зон» [3] и обычно, так же как и осадки рифтов, характеризуются фоновой повышенной металлоносностью.

Высказанные теоретические построения базируются, небольшом опыте поисков урана в мире и СССР.

Одним из наиболее важных и экономически рентабельных источников урановорудного сырья в настоящее время являются месторождения типа несогласий [4]. Их открытие на Канадском щите в провинции Атабаска1 в 70-х годах XX в. вызвало в СССР волну интенсивных поисков аналогичных типов в краевой части Балтийского и Алданского щитов.

В последнее время неоднократно обращалось внимание [2, 3, 5] на ассоциацию урана с элементами глубинного происхождения: Рг, Сг, Аи, V, С (алмаз, графит, шунгит): Эта группа элементов связана с потоками глубинных флюидов, появляющихся в периоды тектоно-магматической активизации структур древнего (1,9-1,6 млрд лет) заложения. Такова в общих чертах схема образования месторождений урана и других металлов вблизи ССН. Как справедливо замечает В. 11. Феоктистов, рассматривая проблему месторождений вблизи ССН с позиций общей металлогении, «огромные размеры месторождений и своеобразное сочетание металлов в рудах определяют большой диапазон предполагаемых источников гидротермальных растворов и' путей их движения» [2, с. 432]. Данный тип месторождений рассматривается «как перспективный ... на новые и нетрадиционные типы рудных месторождений» (там же).

Чтобы показать универсальную роль ССН в образовании рудных месторождений различных элементов, необходимо обратиться к фактическим данным по разным регионам.

Месторождение Карку [6], южный край Балтийского щита, приурочено к восточному борту Пашско-Ладож-ского рифейского грабенообразного прогиба, унаследовавшего северо-западную ран непротерозойскую региональную Ладожско-Ботническую зону разрывных дислокаций. Эта структура древнего заложения пересечена палео-зойско-мезозойской зоной северо-восточных разломов, одной из составляющих широкой Балтийско-Мезенской зоны ТМА. По данным исследователей ВСЕГЕИ (К. Э. Якобсона и А. П. Казака), вмещающие месторождение Карку рифейские осадочные породы, перекрывающие кристаллический фундамент, характеризуются проявлением

©М. Н. Афанасов.2005

1 Схема геологического строения этой провинции (по Дж. Хову, Т. Зибболту, Р. Д. Мандею) и схема расположения рудных тел на месторождениях «типа несогласия» подробно рассмотрены в работе [4].

флюидно-катакластических структур, свойственных алмазоносным образованиям. На поверхности над месторождением Карку известен шлиховой ореол спутников алмаза [7]. Далее на северо-восток от Карку в краевой части Балтийско-Мезенской зоны ТМА на севере Онежского озера в пределах северо-западной зоны дислокаций раннего протерозоя в протерозойском прогибе, выполненным метаморфизованными осадками и залегающим на архейском гнейсовом фундаменте, располагаются крупнейшее месторождение ванадия с ураном, платиноидами и золотом Средняя Падма [8] и ряд проявлений алмазов, находящиеся в обширном поле шунгитовой минерализации. По мнению С. С. Наумова [8], эти проявления ванадия и урана могут быть сопоставлены с австралийским типом месторождений вблизи ССН, таких как Олимпик-Дам.

В Восточной Сибири в пределах Алданского и Анабарского щитов также проводились поиски месторождений вблизи ССН. В последнее время данный вопрос разрабатывается сотрудником ВСЕГЕИ А. В. Молчановым при финансовой поддержке компании АЛРОСА. Получены обнадеживающие прогнозные результаты обнаружения комплексных золото-урановых месторождений вблизи ССН между осадочными отложениями нижнего протерозоя, рифея и венда и архейским кристаллическим фундаментом [3]. Но, по мнению А. В. Молчанова, промышленные концентрации металла на Алданском щите здесь следует ожидать в связи с мезозойской ТМА.

К одним из наиболее перспективных участков в западной части Алданского щита относятся грабены Угуйский и Олдонгсо, приуроченные к несогласию между нижним (?) протерозоем и археем [2]. Угуйский грабен в западной части Алданского щита, выполненный протерозойским песчаником, перспективен на уран-золотые руды типа ССН (глубина 350-360 м). Выше них по разрезу сероцветных песчаников (в поле красноцветов) с линзами доломитов и алевролитов и участками железисто-кремнисто-карбонатных брекчий, среди последних на интервале около 60 м вблизи дневной поверхности вскрыта зона медной минерализации, в которой обнаружен глинистый хромсодер-жащий минерал волконскоит. Брекчии с волконскоитом, зона осветления красноцветов и в них медная минерализация в разрезе образуют воронкообразное тело, что очень похоже (судя по нашему опыту в Придадожье [7]) на верхнюю часть взрывного воздействия глубинного флюида, сопровождаемого осветлением красноцветов в процессе низкотемпературной аргиллизации. На конечных стадиях такого процесса образуется обширный фронт аргилли-зитов, включая хром содержащие глины, которые могут указывать на глубинные ультрабазиты, послужившие субстратом для них. Проявление Угуйского грабена В. П. Феоктистов [2, с. 430-433] параллелизует с комплексными (Си-Аи-Ц) месторождениями вблизи ССН типа Олимпик-Дам (Южная Австралия).

С севера архей Алданского щита перекрыт вендскими осадочными породами. По имеющимся данным это ССН также прогнозируется [3] на месторождение золота и урана вблизи поверхностей несогласия (Куранахский участок). Известное здесь месторождение золота находится в верхней части разреза венда на границе с перекрывающей юрой.

В восточной части Алданского щита краевые части Учурского прогиба рифейского возраста характеризуются проявлениями урана с золотом, а также уран-ванадиевыми.

По всему Алданскому щиту протерозойские концентрации рудных элементов вблизи ССН следует рассматривать как «базовые» [9], на материале которых возникли руды эпохи ТМА.

В пределах Монголо-Охотской области в Приаргунском срединном массиве [10] в роли «базовых» концентраций рудных элементов следует рассматривать предрифейские метаморфизованные, гранитизированные и метасо-матизированные коры выветривания в пределах Урулюнгуйского и Уровского блоков, на базе которых в период мезозойской ТМА сформировались месторождения урана с молибденом (иордизитом) в аргиллизитах, связанных с проявлениями базальт-риолитовой ассоциации вулканитов [5].

Анализ литературных и собственных данных по месторождениям вблизи ССН, краткий обзор которых приведен выше, позволяет выделить две группы проявлений: типичные месторождения ССН (канадского типа или Карку в России) и регенерированные в связи с мезозойской ТМА (щиты Сибирской платформы, срединные массивы Монголо-Охотской подвижной области, включая Буреинский и др. [11]). Ряд исследователей склонны параллели-зировать обстановку на щитах Сибирской платформы с австралийским типом месторождений вблизи ССН и сравнивать перспективы отдельных участков этих провинций с уникальным комплексным месторождением Южной Австралии Олимпик-Дам.

На всех месторождениях четко прослеживается связь рудообразующих процессов с периодами наиболее активного эндогенного развития Земли в конце раннего протерозоя - начале рифея (1900-1600 млн лет); в подвижных областях активное развитие продолжалось до конца рифея. В это время создавалась «база» для регенерированных в периоды ТМА гидротермальных руд. Для восточных районов Сибири промышленные руды различных металлов соответственно с периодами ТМА имеют юрско-меловой возраст. От Бурятии к Тихому океану возраст ТМА омолаживается от среднего палеозоя до позднего мела.

Изучение месторождений вблизи ССН приводит к выводу о необходимости в прогнозных и поисковых работах учитывать определяющие энергетические и минерагенические характеристики фундамента и осадочного чехла. Таковыми являются прежде всего значения градиента теплопроводности, различные для фундамента и осадочного чехла платформ. Тепловой поток может осуществляться индуктивным и конвективным путями. Чем плотнее геологическая среда, тем интенсивнее индуктивный поток (рисунок). Если монолитный плотный фундамент нарушен разрывными нарушениями, проводящими теплонесущий флюид (любую подвижную фазу геологического вещества), то тепловой поток будет конвективным путем «стекать» по этим зонам, которые одновременно являются проводниками восходящих вместе с теплом к верхним слоям литосферы глубинных рудообразующих компонентов.

/

-1-L-1-1_I i i l_Г1«1_

l 2 3 4 5 6 7 8 9 10 II 12

Породы

Соотношение плотности и теплопроводности по [16].

1 - алевролит; 2 - аргиллит; 3 - мергель; 4 - известняк; 5 - песчаник; 6 - доломит;

7 - доломит глинистый; 8 - гранит; 9 - гранит мигматизированный; 10 - гранито-гнейс; 11 - мигматит; 12 - гнейс.

На характеристике таких зон следует остановиться подробнее. На щитах это прежде всего широкие (до первых десятков километров) флюидно-катакластические зоны длительного развития, как правило, в фанерозое проявленные зонами разломов и контролируемыми ими магматическими образованиями. Такие структуры изучались нами на примере Тукурингрской зоны глубинного разлома (хр. Тукурингра), простирающейся в северо-западном направлении через центральную часть Становой зоны (Тындинский и Зейский районы Амурской обл.). Зона шириной до 15 км распадается на ряд параллельных составляющих, представленных зонами диафторитов и кварц-микроклиновых метасоматитов [12]. С одной стороны, от сплошных кварц-микроклиновых метасоматитов до чистых диафторитов эпидот-амфиболитовой и зеленосланцевой фаций имеются все переходные разновидности, в виде микроклинизированных порфиробластических образований. С другой стороны, с увеличением количества микроклиновых порфиробластов порфиробластические сланцы и гнейсы переходят в гнейсовидные, а затем и в массивные микроклин-плагиоклазовые граниты, образующие цепочку, протянувшуюся вдоль Тукурингрской зоны на 350 км. K-Ar радиологический возраст гранитов по валовой пробе равен 707 млн лет. Массивы таких гранитов секут зоны диафтореза. Тукурингрская зона контролирует также линзовидные тела измененных амфиболитов (сплошная зеленая масса вторичных минералов), к которым на бывшем прииске Успеновский приурочено проявление золота (кварцевые жилы ь измененных амфиболитах по материалам документации отвалов старой шахты). Первичная документация отсутствует. С аналогичными проявлениями базитов на левобережье Гилюя, южнее пос. Кировский работами Института АмурКНИИ установлены проявления меди, платины и алмазов (В. А. Степанов, Г. И. Туговик). С диафторитами Тукурингрского разлома связана рассеянная золотоносность, питающая многочисленные россыпи золота, на что указывал еще в 1899 г. П. К. Яворовский. К аналогичным выводам пришли и мы, проводя геологосъемочные работы. При этом была установлена ураноносность кварц-микроклиновых метасоматитов (проявление Улягир). На металлогеническую роль кварц-микроклиновых метасоматитов, сопровождающих флюидно-катакластические зоны, как на благоприятную вмещающую среду для последующего рудообразования, происходящего путем перераспределения металлов, указывал также в 1961 г. А. И. Гинзбург. При минералогическом анализе большого количества протолочечных проб кварц-микроклиновых метасоматитов, а часто просто визуально в породах хр. Тукурингра выявлена рассеянная минерализация молибденита.

Широкое проявление зон микроклинизации во флюидно-катакластических протерозойских зонах кристаллического фундамента отмечается повсюду. Автор данной статьи согласен с мнением ряда исследователей, что обильное появление микроклина в конце протерозоя обусловлено выбросом калия к поверхности Земли в эту эпоху активизации геологических процессов [13 и др.]. Кроме этого, в диафторитах Тукурингрской зоны часто отмечается графит. Потому заслуживает внимания исследование Ф. А. Летникова и его сотрудников [14], которые пришли к выводу о правильности предположений геологов из разных регионов о переносе благородных металлов восстановленными флюидами, предположительно имевшими мантийную природу. Данное утверждение основано на изучении углеродистых тектонитов Восточного Саяна.

К сожалению, ожидать в Тукурингрской зоне месторождений вблизи ССН маловероятно ввиду глубокого ее эрозионного среза. Сохранились лишь небольшие блоки сильно измененных, вероятно раннепротерозойских, вул-каногенно-осадочных пород джелтулакской серии с радиологическим возрастом амфиболитов 1740-1910 млн лет

[16] и блоки сильно развальцованных и метаморфизованных предположительно конгломератов в бассейне р. Нюкжи.

На Алданском и Анабарском щитах А. В. Молчанов описывает аналогичные Тукурингрской зоне геохимически специализированные зоны кристаллического фундамента [3], называя их зонами «тектоно-флюидной активности». Сходные с ними ран непротерозойские зоны слагают Ладожско-Ботническую металлогеническую зону, унаследованную в рифее Пашско-Ладожским грабенообразным прогибом.

Кристаллический фундамент и осадочный чехол, как правило, разделены корами выветривания, которые заслуживают особого внимания. Как уже указывалось, коры выветривания под действием солнечной энергии способны концентрировать элементы, образуя известный спектр месторождений. При их перемыве развиваются рудоносные осадочные формации. При воздействии на геохимически специализированные коры выветривания концентрированными потоками эндогенного тепла под экраном осадочных пород чехла возникают месторождения сложного состава: металлов глубинного спектра и характерных для экзогенных процессов. 1Металлогеническая роль древних кор выветривания была изучена нами на примере ураноносных районов Южного Приаргунья [10, 11] в пределах Приаргунского срединного массива. Коры выветривания в этом массиве по химическому составу соответствуют сиаллитам, но содержат в виде частых порфиробластов очковые обособления микроклина, с ними ассоциируют низкотемпературные метаморфогенные микроклиновые аплитовидные граниты, развитые по аркозовым песчаникам, линзы и прослои черных турмалиновых кварцитов (турмалинитов), кварц-мусковитовых сланцев. В данной формации кор выветривания отмечаются аномально высокие содержания олова, урана, элементов ит-триево-земельной подгруппы и флюорита.

ССН представляют не просто резкий градиент теплопроводности. Перекрывающие щит осадочные породы и коры выветривания в их основании водонасыщены относительно кристаллических пород. На это обстоятельство обратил внимание А. Д. Щеглов [2, с. 441-442]. В осадочных породах присутствуют свободные жидкие (гравитационные), химически и физически связанные (кристаллизационные) воды. При метаморфизме толщ, особенно интенсивном при аномально повышенной температуре вблизи ССН, на выходе под них флюидно-катакластических зон фундамента из осадочных пород выделяются так называемые возрожденные (или катаген-ные) воды, по объему соизмеримые с седиментогенными. При этом вблизи ССН формируются гидротермальные руды сложного состава с полигенными источниками металлов: в верхние слои осадочных пород происходит отгон хорошо летучих и способных к переносу во флюидах элементов (I* В, Br, F, As, Sb, Hg)s что соответствует строению ряда рудных полей и районов. В такой модели не требуется глубина катагенеза 8-10 км (Т= 250-300 °С), как представляет А. Д. Щеглов для модели артезианских бассейнов [2]. Все может происходить на участках концентрации энергии на глубине сферы, гидротермального рудогенеза, т. е. на 2-3 км от дневной поверхности на время рудообразования. Последнее обстоятельство необходимо учитывать для определения эрозионного среза месторождения при прогнозно-металлогенических неотектонических построениях в районах блокового строения, в которых промышленные гидротермальные руды связаны с юрско-меловой ТМА, например в Приаргунье, где в рамках опорного Восточно-Забайкальского геологического полигона в последние десятилетия были решены разносторонние металлогенические вопросы зон ТМА и определена роль фундамента при этом.

Таким образом, проблема месторождений вблизи ССН неразрывно связана с прохождением глубинного теплового потока и флюида [13] через зону ССН, где в результате возникновения градиента теплопроводности зарождаются гидротермы и руды, несущие четкий геохимический профиль глубинного (мантийного) происхождения, на который накладывается отпечаток, характерный для экзогенных руд. Область возникновения высокотемпературных гидротерм вблизи ССН в процессе пульсирующего воздействия теплового потока продуцирует многостадийную смену (зональность) разнотемпературных минеральных ассоциаций. При этом в верхние слои осадочной толщи отжимаются летучие компоненты (I, В, Br, F, As, Sb, Hg) [2, с. 441], увлекающие с собой золото, уран и другие элементы. Последние образуют низкотемпературные типы месторождений формации аргилизитов (Балей, Стрельцова и др.).

Summary

AfanasovM. N. The metallogenic significance of regional surface unconformity.

Typical characteristics of deposits situated near regional unconformity surfaces are presented. Conclusions of the heat energy concentration near the unconformity surface controlling the ore formation are made on the basis of the heat flow origin and transformation analysis under different physical-mineralogical features of the crystalline basement and the sedimentary cover.

Литература

1. Штилле Г. Ассинтская тектоника в геологическом лике Земли / Пер. с англ.; Ред. В. Е. Хаин. М., 1968. 2. Литодииамика и минерагения осадочных бассейнов / Ред. А. Д. Щеглов. СПб., 1998. 3. Молчанов А. В., Клюев Я К. Месторождения «типа несогласия» и возможность их обнаружения на древних щитах Сибирской платформы И Вестн. С.-Петерб. ун-та. Сер. 7: Геология, география. 2002. Вып. 2 (№ 15). 4. Jlaeepoe Н. Я, Смилк-стын А. ОШумилин М. В. Зарубежные месторождения урана. М, 1983. 5. АфанасовМ. Я, Зайцев В. С. Рудоносные флюидно-эксплозивные брекчии (флюидиты) как следствие радиолиза подземных вод // Рос. геофиз. журн.

2002. № 27-28. 6. Поликарпов В. Я., Молчанов А. Я Месторождение Карку - новый тип уранового оруденения в Карелии // Материалы по геологии урановых, редких и редкоземельных металлов. М., 2000. № 141. 7. Афана-сов М. Я, Николаев В. А. Перспективы алмазоносности Карельского перешейка (Западное Приладожье) // Региональная геология и металлогения. 2003. № 18. 8. Наумов С. С. Урановые месторождения богатых и комплексных руд типа несогласия (состояние проблемы и перспективы выявления на территории России) // Материалы по геологии урановых, редких и редкоземельных металлов. М., 2000. № 141. 9. Сидоров А. А., Томсон И. Н. Базовые рудные формации и новый подход к систематике месторождений // Тихоокеанская геология. 1989. № 6. 10. Афаиасов М\ Я, Павлова В. В. Основные факторы геохимической специализации Приаргунского срединного массива // Тектоника Сибири / Отв. ред. В. К. Боголепов. Новосибирск, 1985. Т. 12. 11. Афаиасов М Н., Степанов В. А. Рудо-контролирующая роль позднедокембрийских поверхностей несогласий в структуре складчатых областей палеозоя // Тихоокеанская геология. 1994. № 5. 12. Афаиасов М Я Структура центральной части Становой зоны по результатам геологического истолкования крупномасштабных аэромагнитных карт (Северное Приамурье) // Геология и геофизика. 1973. № 10. 13. Ыаракушев А. А. Происхождение Земли и природа ее эндогенной активности. М., 1999. 14. Летников Ф. А.. Савельева В. Б., Аникина Ю. Я, Смагунова М М Высокоуглеродистые тектониты - новый тип концентрирования золота и платины // Докл. РАН. 1996*. Т. 347, № 6. 15. Геология и петрология южного обрамления Алданского щита / Ред. Н. Г. Судовиков. Л., 1965. 16. Петрофизика: Справочник. Кн. 1 / Ред. Н. Б. Дортман. М., 1992.

Статья поступила в редакцию 13 апреля 2005 г.