Геология и генезис золото-кварцевого оруденения Верхне-Индигирского района: На примере месторождений Нагорное и Тарынское

Актуальность исследований.

Верхне-Индигирский горнопромышленный район включает в себя центральную часть Главного золотоносного пояса Северо-Востока России. Начиная с 1944 года, в районе добыто более 600 т золота: 580 т — из россыпных, и 25 т — из коренных месторождений (Узюнкоян, Денисов, 2003). В связи с отработкой значительной части золотоносных россыпей, геологоразведочные работы последних лет ориентированы исключительно на рудное золото. Золоторудная база района представлена золото-кварцевыми (Бадран, Нагорное, Хангалас и др.), золото-сурьмяными (Сарылах, Малтан, Тан и др.) и золото-редкометальными (Эргелях, Чугулук) рудными месторождениями. В последние годы открыто и изучается Тарынское полигенное месторождение жильно-вкрапленных руд, в запасах которого существенную роль играют нетрадиционные для района вкрапленные руды с игольчатым арсенопиритом (Акимов и др., 2004). При существующих технологиях извлечения золота, в настоящее время в районе успешно отрабатываются лишь золото-кварцевые месторождения Бадран и Нагорное, руды которых относятся к легкообогатимым. Вместе с тем в районе известно более 530 золото-кварцевых рудопроявлений, перспективы которых однозначно не определены, что связано с отсутствием чётких критериев для их разбраковки. Разработка таких критериев, помимо систематизации эмпирических данных, должна основываться на понимании генезиса объектов прогнозирования. Изучением различных аспектов генезиса золото-кварцевых месторождений Верхне-Индигирского района в разные годы занимались Г. Н. Гамянин, В. И. Соловьёв, И. С. Рожков, В. И. Бергер, В. А. Амузинский, Г. С. Анисимова, Ю. А. Жданов, В. М. Суплецов, А. И. Скрябин, В. А. Шупиков, В. Н. Никонов, С. Г. Суставов, В. М. Яновский, В. Ю. Фридовский и другие исследователи. Однако до последнего времени не решён целый ряд важнейших вопросов, таких как:

1. Место золото-кварцевого оруденения в последовательности формирования генетических типов золоторудной минерализации региона;

2. Возраст золото-кварцевого оруденения;

3. Наличие или отсутствие генетической связи золото-кварцевого оруденения с конкретными магматическими комплексами;

4. Причины контроля золото-кварцевого оруденения хлорит-серицитовой зоной регионального зонального метаморфизма, и отсутствие этого типа оруденения в породах, метаморфизованных выше изограды биотита;

5. Механизм формирования золото-кварцевых жильных тел и их вертикальная зональностьсоотношение метасоматической и рудной зональности;

6. Механизм рудоотложения и его минералогические индикаторы;

7. Увязка металлогенической эволюции региона с развитием его структурного плана в пределах конкретных рудных узлов.

Автор диссертации в силу своих возможностей попытался решить первые шесть из перечисленных выше вопросов, используя в качестве модельных объектов месторождения Тарынское и Нагорное, по мере необходимости привлекая оригинальные и литературные данные по другим золоторудным месторождениям и рудопроявлениям региона.

Тарынское месторождение жильно-вкрапленных руд представляет собой довольно редкий пример совмещения в единой рудовмещающей структуре золотого оруденения всех известных в районе генетических типов (Акимов, 2003фАкимов и др., 2004). Кроме того, значительная часть запасов месторождения приходится на нетрадиционные для Верхне-Индигирского района вкрапленные руды с игольчатым арсенопиритом. Всё это делает Тарынское месторождение ключевым для выяснения взаимоотношений между различными типами золоторудной минерализации, обычно проявленными в регионе в виде самостоятельных месторождений и рудопроявлений (объектов «чистой линии»).

Месторождение Нагорное рассматривается нами, как наиболее типичный для района представитель золото-кварцевого промышленного и генетического типа (объект «чистой линии»). Наложенные гидротермальные и гипергенные процессы на месторождении проявлены крайне слабо, что позволяет с достаточной степенью детальности проследить эволюцию золото-кварцевого рудообразования. По количеству разведанных запасов месторождение относится к мелким, но с богатыми и очень богатыми рудами.

Вышесказанным определяется актуальность выбора темы и объектов исследования.

Цели и задачи исследований.

Основной целью настоящей работы являлось выяснение геолого-генетических особенностей золото-кварцевого оруденения Верхне-Индигирского района на примере месторождений Нагорное и Тарынское.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:

1. Изучение положения месторождений Нагорное и Тарынское в тектонической структуре района и особенностей геологического строения этих месторождений.

2. Выяснение минерального состава руд, метасоматитов и вмещающих пород.

3. Изучение химического состава и неоднородностей минералов.

4. Установление последовательности минералообразования и стадийности рудоотложения.

5. Составление топоминералогических карт и разрезов.

6. Определение физико-химических параметров рудообразования.

7. Определение изотопного возраста оруденения.

Фактический материал.

Работа выполнена на основе оригинального фактического материала, собранного, в основном, автором диссертации при проведении полевых работ в сезоны 1995;2003 г. г. Также использован каменный материал, переданный автору геологами Верхне-Индигирской экспедиции Р. С. Аметовым, С. Е. Григорьевым, Д. А. Внуковым, А. В. Крючковым, Ю. В. Кузнецовым, С. В. Межуевым и П. П. Слепцовым. Итоговая коллекция образцов руд, метасоматитов и горных пород по месторождениям Нагорное и Тарынское насчитывает более 900 образцов (Нагорное — 500, Тарынское — 400). Из образцов коллекции изготовлено и изучено 400 полированных (Нагорное — 150, Тарынское — 250), 150 прозрачно-полированных (Нагорное — 30, Тарынское — 120), 240 обычных петрографических шлифов (Нагорное — 200, Тарынское — 40), и 52 прозрачно-полированных пластинки (Нагорное — 25, Тарынское — 27). Выполнено более 1000 микрозондовых анализов минералов (Нагорное — более 300, Тарынское — более 700), а также 80 рентгено-флюоресцентных (Нагорное 52, Тарынское — 28) и 43 изотопных анализа (Нагорное — 17, Тарынское — 26) — проведён комплекс минералого-петрографических, термо-криометрических (совместно с В. Ю. Прокофьевым и T.JI. Крыловой) и других видов исследований. Из фондовых материалов использовались журналы первичной документации горных выработок и буровых скважин, геологические и геофизические карты, геологические планы и разрезы, результаты пробирных и силикатных анализов.

Методы исследования.

Проведённые исследования включали полевые и камеральные периоды. В процессе полевых исследований осуществлялся сбор каменного материала при ведении детальной документации канав, траншей, керна буровых скважин, доступных обнажений и участков плотиков отработанных россыпей. В ходе камеральной обработки каменного материала, помимо методов классической минераграфии и петрографии, использовались: сканирующая электронная микроскопиярентгеноспектральный микроанализрентгено-флюоресцентный анализметоды изотопной геохимии (изучение стабильных изотопов S, С, О в минералах) и геохронологии (К-Ar возраст) — методы термобарогеохимии.

Сканирующая электронная микроскопия (СЭМ) проводилась на приборе CamScan-4DV с аналитической приставкой Link AN 10 000 в МГУ (операторы Е. В. Гусева и Н.Н. Коротаева).

Рентгеноспектральный микроанализ (РСМА) минералов выполнялся на волновых микрозондах Cameca MS-46 (аналитики С. Е. Борисовский, Т. Н. Голованова и Г. Н. Муравицкая) и Camebax SX-50 (аналитик А.И. Цепин) в ИГЕМ РАНCamebax SX.

50 (аналитики Н. Н. Кононкова и |И.П. Лапутина|) в ГЕОХИ РАНCamebax SX-50 (аналитик И.А. Брызгалов) в МГУа также на энергодисперсионных спектрометрах Link AN 10 000 (аналитик Е. В Гусева и Н. Н Коротаева) в МГУ и Link ISIS в ИГЕМ РАН (аналитики А. В. Мохов и Н.В. Трубкин). Режимы съёмок стандартные (ускоряющее напряжение 15−20 кВ, ток зонда 1,2*10'9 А). В качестве эталонов использованы природные и синтетические соединения, близкие по составу к анализируемому материалу (арсенопирит, пирит, антимонит, сфалерит, галенит, висмутин, халькопирит, акантит, золото чистое, серебро чистое, медь чистая и др.). При анализе рудных минералов, для исключения возможности техногенного загрязнения проб, кусочки полированных шлифов запрессовывались в эпоксидную смолу (сплав Вуда не использовался).

Рентгено-флюоресцентный анализ (РФА) выполнялся в ИГЕМ РАН (аналитик А.И. Якушев) на рентгено-флюорисцентном спектрометре последовательного действия производства компании PHILIPS ANALYTICAL, модель PW2400 выпуска 1997 года, программное обеспечение количественного анализа PHILIPS SuperQ 2001 год, комплект государственных стандартных образцов (ГСО) горных пород.

Определение соотношения стабильных изотопов (S, О, С) в минералах выполнено в ИГЕМ РАН аналитиком Л. П. Носиком.

Определение К-Ar возраста выполнено в Лаборатории изотопной геохимии и геохронологии ИГЕМ РАН М. М. Аракелянц. Содержание радиогенного аргона измерялось на масс-спектрометре МИ-1201 ИГ методом изотопного разбавления с применением в качестве трасера 33Агопределение калия — методом пламенной спектрофотометрии. При расчёте возраста использованы константы: Хк=0,581*10*10год" 1, Xp=4,962*10−1(W, 4°К=0,1 167 (ат. %).

Изучение флюидных включений в кварце и альбите выполнено методами термо-криометрии совместно с В. Ю. Прокофьевым и Т. Л. Крыловой (ИГЕМ РАН).

Научная новизна.

Впервые изучены вещественный состав, стадийность, пространственная рудная зональность и физико-химические условия образования Тарынского золоторудного месторождения. В результате этих исследований было установлено совмещение на Тарынском месторождении разновозрастного золотого оруденения нескольких генетических типов, обычно образующих в районе самостоятельные месторождения. Было показано, что значительная доля запасов месторождения связана с нетрадиционными для района вкрапленными рудами, в которых ведущая роль принадлежит игольчатому арсенопириту. Находка в рудах месторождения виллиамита Coo.sNio.sSbS является первой на Северо-Востоке Азии и второй в России. В рудовмещающих терригенных отложениях норийского возраста автором установлена монацит-рутил-цирконовая морская палеороссыпь, что является новым фактом в геологии региона.

В ходе детального изучения вещественного состава, стадийности, зональности и физико-химических условий образования месторождения Нагорное была показана метасоматическая природа золото-кварцевых жил и установлена вертикальная инфильтрационная метасоматическая зональность, имеющая рудоконтролирующее значение. Среди минералов зоны окисления автором был обнаружен идальгоит Pbj, 04А1з, оI [(Aso, 92Sbo, os) 1,0004] 1, oo[S04]о, 9б (ОН)б, 1 о, находка которого является первой на территории бывшего СССР.

При изучении физико-химических условий образования золото-кварцевых месторождений и рудопроявлений Верхне-Индигирского района (Нагорное, Двойное, Клич, Контрольное, Хангалас, Диринь-Юрях, Тарынское, Кус-Юрюе, Пиль, Малютка, Жданное, Сопка Кварцевая) установлена инверсия режима серы в рудоносном растворе и показано её влияние на рудоотложение.

По образцам автора получены первые изотопные (К-Аг) данные о возрасте золото-кварцевого оруденения района (аналитик М. М. Аракелянц, ИГЕМ РАН).

Практическая значимость.

До исследований автора, Тарынское месторождение рассматривалось как золото-кварцевое малосульфидное с локальным проявлением золото-сурьмяной минерализации и ограниченными перспективами. Результаты минералогического изучения руд и установление полистадийности оруденения позволили автору впервые отнести Тарынское месторождение к полигенному жильно-вкрапленному типу, и рассматривать его, как крупный золоторудный объект (Акимов, 2003ф)). Совместно с А. В. Акимовой, в изменённой дайке долеритов в устье ключа Правый Зелёный автором была обнаружена минерализация визуально неразличимого тонкоигольчатого арсенопирита и бертьерита, и было сделано предположение, изложенное в производственном отчёте (Акимов, 2003ф0, о пересечении этой дайки золото-сульфидной зоной, проходящей в аргиллитоалевролитовой толще в створе ключа Правый Зелёный, что подтвердилось последующими горно-буровыми работами. Автором были установлены все точки серебряной минерализации в пределах Мало-Тарынского рудного поля и открыто золото-серебряное рудопроявление Настенька. В результате целевого исхаживания выделенной автором в пределах Мало-Тарынского рудного поля линейной серебро-полиметаллической зоны, летом 2004 г. отрядом ЦНИГРИ, в составе которого работал автор, был установлен целый ряд новых точек с полиметаллической минерализацией и видимым золотом. Автором впервые установлено широкое развитие визуально неразличимого тонкоигольчатого арсенопирита (основного носителя золота) в золотоносных тектонитах участка Голубичный. Впервые была оценена мощность линейный коры выветривания по золотоносным тектонитам участка Голубичный и показана необходимость раздельного подсчёта запасов окисленных и неокисленных руд.

Апробация работы.

Результаты исследований были представлены в 4-х производственных отчётах (Сорокин, 1998фШудов, 2001фАкимов, 2003фх- 2003фг), опубликованы в 5-ти статьях (6-я статья находится в печати) и в 10-ти материалах конференций и тезисах докладов, представлялись на IV и V международных конференциях «Новые идеи в науках о земле» (МГГА, 1999, 2001), на X научных чтениях И. Ф. Трусовой «Проблемы магматической и метаморфической петрологии» (МГГА, 2001), на XIX молодёжной конференции «Строение литосферы и геодинамика» (Иркутск, 2001), на годичной сессии Московского отделения минералогического общества России «120 лет со дня рождения академика А.Е. Ферсмана» (ИГЕМ РАН, 2003), на молодёжной школе-конференции XXXVII Тектонического совещания «Эволюция тектонических процессов в истории Земли» (ГИН РАН, 2004), на международной конференции «Single crystals and their application in the XXI century — 2004» в Александрове (ВНИИСИМС, 2004), и на X съезде Российского минералогического общества «Минералогия во всём пространстве сего слова» в Санкт-Петербурге (СПГГИ., 2004).

Структура и объём работы.

Диссертация состоит из 149 станиц основного текста, включающего введение, пять глав, заключение, список литературы из 109 наименований, 18 таблиц и 33 фигуры, и двух приложений на 48 страницах, включающих 23 таблицы микрозондовых анализов минералов.

Благодарности.

Работа выполнена в ИГЕМ РАН в период прохождения автором очной аспирантуры в Лаборатории физико-химического анализа эндогенных процессов им. Д. С. Коржинского, и дальнейшей работы в Секторе минераграфии Лаборатории рудных месторождений им. А. Г. Бетехтина под руководством докторов г.-м. н. В. Л. Русинова и В. А. Коваленкера, которым автор выражает глубокую признательность. По отдельным вопросам диссертации автор консультировался с академиками РАН А. А. Маракушевым и Н.А. Шилочленом-корреспондентом РАН А. А. Сидоровымсотрудниками ИГЕМ РАН А. В. Волковым, А. Д. Генкиным, Т. Л. Евстигнеевой, А. В. Зотовым, И. А. Зотовым, В. И. Казанским, П. В. Карташовым, B.C. Кравцовым, Д. И. Криновым, О. Ю. Плотинской, Н. С. Серебряковым, М. В. Серёдкиныма также с сотрудниками других организаций: В. В. Алпатовым, Г. Н. Гамяниным (ИГАБМ СО РАН), П. А. Игнатовым (МГГРУ), A.M. Гавриловым, Д. Н. Задорожным (ЦНИГРИ), Э. И. Кутыревым (ВСЕГЕИ), П. А. Плетнёвым, Э. М. Спиридоновым и О. В. Япаскуртом (МГУ). Всем перечисленным лицам автор выражает свою искреннюю благодарность. За помощь в проведении аналитических исследований автор благодарит М. М. Аракелянц,.

С.Е. Борисовского, Т. Н. Голованову, А. Л. Керзина, Т. Л. Крылову, |И.П. Лапутину|, А. В. Мохова, Г. Н. Муравицкую, Л. П. Носика, В. Ю. Прокофьева, Н. В. Трубкина, А. И. Цепина, А. И. Якушева (ИГЕМ РАН) — И. А. Брызгалова, Е. В. Гусеву, Н. Н. Кононкову и Н. Н. Коротаеву (МГУ). Особую благодарность автор выражает П. М. Полянскому, Г. В. Денисову, А. В. Крючкову, Ю. В. Кузнецову, Н. Н. Химину и В. А. Шудову (Верхне-Индигирская экспедиция) за возможность в течение многих лет участвовать в полевых исследованиях золоторудных месторождений Индигирки. Автор благодарен коллективам Бурустахской, Рудной, Диринь-Юряхской, Хангаласской и Тарынской партий Верхне-Индигирской экспедиции, в составе которых ему довелось работать с 1995 по 2003 г. г. Отдельно автор благодарит геологов Бурустахского отряда ВИГРЭ Р. С. Аметова, Д. А. Внукова, С. А. Межуева и B.C. Уткову, под началом которых произошло его первое ознакомление с месторождениями и геологией Золотой Индигирки.

Основные защищаемые положения:

1. Золоторудные месторождения Верхне-Индигирского района относятся к трём генетическим типам: золото-кварцевому, золото-редкометальному и золото-сурьмяному, формирование которых происходило последовательно. В золото-кварцевом генетическом типе выделены две минеральные фации, связанные постепенными переходами: золото-сульфидная вкрапленных руд, и золото-кварцевая малосульфидная жильно-штокверковая. Совмещение на Тарынском месторождении золоторудной минерализации всех перечисленных генетических и фациальных типов связано с его положением в узле пересечения металлогенических зон.

2. Золото-кварцевые руды месторождений Нагорное и Тарынское сформировались в начале раннего мела на заключительном этапе зонального термально-купольного метаморфизма в связи со становлением коллизионного адамеллит-гранитного комплекса.

3. В березитизированных породах, вмещающих золото-кварцевые руды, установлена вертикальная инфильтрационная метасоматическая зональность, выраженная последовательной сменой по восстанию гидротермальной колонны кальцит-хлорит-альбит-кварцевых метасоматитов альбит-М?-сидерит-серицит-кварцевой, пирит-анкерит-серицит-кварцевой, пирит-серицит-кварцевой и пирит-кварцевой зонами. При этом кальцит-хлорит-альбит-кварцевые метасоматиты отвечают корневым частям и подрудным ореолам месторождений.

4. Выделение рудных минералов продуктивной кварц-золото-полисульфидной подстадии на золото-кварцевых месторождениях Верхне-Индигирского района происходило в регрессивной последовательности, и сопровождалось ростом активности сульфидной серы в растворе до некоторой точки инверсии, расположенной выше равновесия халькопирит = тетраэдрит + пирит, после чего активность серы снижалось. С её снижением до значения, соответствующего равновесию бурнонит + пирит = галенит + халькопирит, связано осаждение золота.

Проведённые в рамках написания диссертационной работы исследования позволили сформулировать и обосновать основные защищаемые положения, составившие основу разработанной автором геолого-генетической модели золото-кварцевого оруденения Верхне-Индигирского района. Согласно этой модели золоторудные месторождения региона представлены тремя генетическими типами: золото-кварцевым, золото-редкометальным и золото-сурьмяным, формирование которых происходило последовательно. Образование месторождений золото-кварцевого генетического типа связано с процессами позднемезозойской коллизии, а золото-редкометальных и золото сурьмяных месторождений — с последующей тектоно-магматической активизацией региона. Образованию золото-кварцевых месторождений предшествовало формирование метаморфогенных жил и прожилков кварцевого и карбонат-кварцевого состава. Формирование золото-кварцевых месторождений происходило на заключительном этапе зонального термально-купольного метаморфизма в связи со становлением плутонов ранпенеокомового адамеллит-гранитпого комплекса. Большинство золото-кварцевых жил изученных месторождений имеет метасоматическую природу и обнаруживает признаки вертикальной инфильтрационной метасоматической зональности, имеющей рудоконтролирующее значение. Установление на золото-кварцевых месторождениях и проявлениях Верхне-Индигирского района инверсии режима серы в рудоносном растворе даёт ключ к пониманию механизма рудоотложения и дополнительные минералогические критерии для экспрессной оценки перспектив малоизученных золото-кварцевых проявлений.