Генезис и минеральные ассоциации золота и платиноидов в месторождениях "черносланцевого" типа Казахстана

10

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК (553.411.553.491.8): 553.9

На правах рукописи

Специальность: 25.00.11 - геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых; минерагения

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук

ГЕНЕЗИС И МИНЕРАЛЬНЫЕ АССОЦИАЦИИ ЗОЛОТА И ПЛАТИНОИДОВ В МЕСТОРОЖДЕНИЯХ «ЧЕРНОСЛАНЦЕВОГО» ТИПА КАЗАХСТАНА

Марченко Любовь Григорьевна

Санкт-Петербург - 2011

Работа выполнена в Институте геологических наук им. К.И.Сатпаева

Республика Казахстан, город Алматы

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Защита состоится « » на заседании диссертационного cовета Д 216.001 01

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке

Автореферат разослан «____» ____________ 2011г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета Бродская Р.Л.

Вступление

В диссертационной работе поставлена актуальная научная задача, состоящая в совершенствовании знаний по распределению рудных компонентов (золота и платиноидов) в месторождениях «черносланцевого» типа, что определилось значительным развитием золота и платиноидов не только в сульфидах, но и в углеродистом веществе (шунгите), что подтвердилось минералогическими исследованиями разного уровня. Геолого-генетическая модель формирования золоторудных месторождений черносланцевого типа построена с учетом многофакторных критериев: геохимических, флюидогенных (магматогенных), метасоматических восстановленного типа, минералогических по исследованию сульфидов и углеродистого вещества, включенных в равной мере в продуктивную золото-платиноидно-сульфидно-углеродистую минеральную ассоциацию.

Актуальность проблемы. Без достоверного знания распределения рудных компонентов в различных типах минерализации невозможны ни научные прогнозы рудного потенциала объектов, ни, тем более, технологические построения их извлечения и обогащения. Исследования золоторудных месторождений были направлены на познание ключевых генетических вопросов проблемы рудообразования именно на месторождениях «черносланцевого» типа, которые в ближайшей перспективе будут основным промышленным типом на золото и платиноиды.

Цели диссертационной работы.

Основная цель исследований - получение дополнительных знаний по генезису золоторудных месторождений «черносланцевого» типа и по распределению золота, платиноидов и других компонентов в их рудах.

Направление исследований. В связи с этой целью, основными задачами исследований были следующие:

- оценить роль состава вмещающей среды (терригенно-углеродистых формаций), их геохимическую специализацию;

- создать геолого-генетическую модель формирования золоторудных месторождений «черносланцевого» типа, контролируемую следующими факторами: геохимическими, флюидогенными (магматогенными), метасоматическими восстановленного типа;

- определить форму и характер распределения золота и платиноидов в сульфидах и углеродистом веществе;

- разработать дополнительные минералогические критерии формирования этих объектов, на основании изучения состава золото-платиноидной минеральной ассоциации.

Основными объектами исследований были месторождения, локализованные в черных сланцах: в Восточном Казахстане - Бакырчик, Большевик, Васильевское, в Северном Казахстане - Кварцитовые Горки.

Автором изучались различные возрастные уровни развития рудоносных углеродистых формаций, имеющих специфичную металлогеническую специализацию на золото, полиметаллы, редкие элементы и другие.

Методы исследования. В основу диссертации положены материалы автора, собранные в процессе геолого-геохимических, минералогических, минерагенических и микро-наноминералогических исследований во многих районах Казахстана в период с 1976 по 2011 годы по многим проектам и договорным работам в 80-х годах и по государственной программе «Развитие нанонауки и нанотехнологий в Республике Казахстан на 2007-2009 годы», по проекту «Разработать технологии обогащения и извлечения благородных металлов, основанные на определении их состава и форм нахождения на микро- и наноуровне для месторождений Казахстана» и при разработке темы «Изучить на микро- и наноуровне формы нахождения благородных, редких и рассеянных элементов в рудах месторождений «черносланцевого» типа Казахстана и оценить их перспективы на платиноносность» в 2009-2011 годы.

Изучение геохимических особенностей золоторудных формаций, локализованных в черных сланцах, проводилось с использованием большого количества анализов, которые исполнялись в лабораториях КазИМСа, Южно-Казахстанской золоторудной экспедиции (пробирный - 100 проб; спектрозолотометрический - 2500 проб, полуколичественный спектральный - 2500 проб). Изучались рудовмещающие толщи, магматические и метасоматически измененные породы, руды. Использовался атомно-абсорбционный анализ на определение золота и серебра в рудах (200 проб), сульфидах (50 проб), битумоидах (50 проб), твердом углеродистом веществе (50 проб). По этим же пробам проводились контрольные определения содержаний золота и серебра нейтронно-активационным методом (500 проб) в лаборатории Института ядерной физики (г. Ташкент). По магматическим и магматогенным породам многих месторождений золота проведен силикатный анализ (150 проб) в лабораториях КазИМСа и Центрально-химической лаборатории. Проведен битуминологический анализ вмещающих углеродсодержащих пород и руд на содержание битумоидов и твердого углеродистого вещества (> 500 проб), изучены особенности строения жидких битумоидов по ИКС спектрам (20 проб). Элетронномикроскопические исследования минералов (сульфидов и углеродистого вещества) проводились на просвет и в отраженных излучениях (25 проб).

Для обоснования отдельных положений диссертации привлекались опубликованные материалы по различным золоторудным месторождениям других регионов СНГ, дальнего зарубежья и опубликованные данные по экспериментальным исследованиям.

Методика минералогических исследований

Минералогические исследования начинались с изучения шлифов (2000 шт.) и аншлифов (500 шт.) с акцентированием на взаимоотношениях сульфидов с углеродистым веществом. Выделялись концентраты сульфидов и углеродистого вещества с последующим определением их состава и содержания в них золота и серебра. Сульфиды делились по размерным фракциям и особенностям морфологии и состава, затем по всем разновидностям проводились определения содержания золота и серебра. Из сульфидов создавались искусственные аншлифы, в которых методом электронно-зондовой микроскопии определялась морфология золота, серебра и платиноидов. Искусственные аншлифы также создавались по шлихам-концентратам извлечения.

Электронно-микроскопические исследования монопроб сульфидов с разной моноформой размерных фракций кристаллов проводились методом съемки на просвет с применением микродифракции. Образцы сульфидов предварительно растирались и в сухом виде наносились на коллодиевую пленку, выполняющую роль подложки. Съемка производилась на просвечивающем электронном микроскопе ЭМ-125 К (Сумы, Украина), при увеличении до 80 000 (исполнитель Л.В. Комашко),и рентгеноспектрального микроанализа на электрозондовом микроанализаторе Superprobe 733 JEOL Япония (исполнители В.Л.Левин и П.Е. Котельников). Набор межплоскостных расстояний рассматривается по микродифракционным картинам; для сравнения приводятся их стандартные значения, взятые из ASTM по 8 линиям. Некоторые фазы встречаются в разных микродифракционных картинах, некоторые микродифракционные картины содержат 2-3 и более фаз в виде смесей компонентов.

Впервые предлагается научная основа способа извлечения золота и платиноидов из тонкодисперсных руд месторождений «черносланцевого» типа. Этот способ защищен патентом Республики Казахстан (№ 3304, 2003 г.).

Положения, выносимые на защиту:

1. Разработана флюидогенная геолого-генетическая модель формирования высокопродуктивного флюидогенного оруденения золота и платиноидов в специфических терригенно-углеродистых формациях. Главными элементами модели являются:

- геохимическая специфика вмещающих терригенно-углеродистых формаций, заключающаяся не только в повышенных содержаниях рудных элементов, но и в существовании особых форм их нахождения, фиксируемых как корреляционным анализом, так и прямыми аналитическими методами;

- наличие восстановленного углеродистого метасоматоза, проявляющегося в зонах глубинных разломов;

- эксплозивная природа проявления углеродистых флюидизатов и рудоотложения (отражена в разделах 1, 2).

2. На основании комплекса минералого-геохимических исследований установлена специфическая роль не только серы, но и углеродистого вещества антраксолит-шунгитового ряда в формировании промышленно-значимой золото-платиноидно-сульфидно-углеродистой парагенетической ассоциации (отражено в разделах 3,4).

3. Нетрадиционным агентом переноса и накопления благородных металлов в углеродисто-флюидных потоках являются металлофулерены и графеноподобные частицы (отражено в разделе 5).

4. Предложена, защищенная патентом Республики Казахстана, новая технология механохимической активизации извлечения золота и платиноидов из тонкодисперсной золото-платинойдно-сульфидно-углеродистой рудной массы месторождений «черносланцевого» типа, обеспечивающая высокую степень извлечения ценных компонентов и моделирующая фрагменты процессов рудообразования (отражено в разделе 6).

Практическая полезность работы состоит в возможности использования полученных научных результатов и основанных на них критериев рудонакопления и рудолокализации в черных сланцах для более эффективного обоснования региональных и локальных прогнозов, что позволит существенно скорректировать стратегию развития минерально-сырьевой базы, в первую очередь, золотодобывающей отрасли региона и конкретных предприятий. Особенно это касается локальных прогнозов на платиноиды и редкие земли в нетрадиционных объектах «черносланцевого» типа. Знания по распределению полезных компонентов будут способствовать совершенствованию технологических и минерагенических исследований.

Научная новизна

1. Впервые автором разработаны теоретические основы формирования золоторудных месторождений «черносланцевого» типа, определяемые, в основном, флюидогенными и метасоматическими процессами.

2. Впервые на основании применения минералогических исследований разного уровня автором определено распределение золота и платиноидов, не только в сульфидах, но и в углеродистом веществе месторождений «черносланцевого» типа Казахстана, что повышает рудный потенциал этих объектов.

3. Впервые открыты в большом количестве нано- и микроформные минералы золота и платиноидов в сульфидах и углеродистом веществе.

4. Наноформные минералы золота и платиноидов находятся в химически связанном состоянии и заключены в определенные (фуллерено- и графеноподобные) наноструктурированные частицы, играющие ведущую роль в рудонакоплении и переносе рудных компонентов.

Реализация результатов исследований.

В процессе проведения геохимических и минералогических исследований в золоторудных объектах «черносланцевого» типа Бакырчикского, Боко-Васильевского районов и на месторождении Кварцитовые Горки (Северный Казахстан) выявлено дополнительное количество золота, платиноидов и редких земель, развитых как в золотоносных сульфидах, так и в углеродистом веществе. Автор рекомендует применять подобные исследования при оценке золоторудных объектов, в том числе и слабоизученных рудопроявлений, которые могут перейти на иной уровень и стать интересными для использования в промышленности.

апробация работы.

Основное содержание работы изложено в 50 опубликованных (в том числе в соавторстве) статьях и в двух (коллективной и личной) монографиях.

С изложением основных идей диссертации, а также результатов проведенных работ, автор выступала с докладами на международных и республиканских совещаниях и конференциях:

1 - VIII Международный конгресс «Органическая геохимия». Москва, 1977;

2 - Всесоюзный семинар «Углеродистые отложения докембрия, нижнего палеозоя и их рудоносность». Фрунзе, 1978;

3 - Всесоюзное совещание «Рудоносные метасоматические формации Урала». Свердловск, 1978;

4 - V Всесоюзный семинар по вулканогенно-осадочному лито- и рудогенезу. Караганда, 1979;

5 - V Всесоюзное совещание «Литология и осадочная геология докембрия». Алма-Ата, 1981;

6 - Всесоюзное совещание «Геохимия углерода». Москва, 1981;

7 - Международный геологический конгресс. Москва, 1984;

8 - I Всесоюзная конференция по проблеме «Условия образования и закономерности размещения стратиформных месторождений цветных, редких и благородных металлов». Фрунзе, 1985;

9 - Всесоюзное совещание «Оценка перспектив рудоносности геологических формаций при крупномасштабном геологическом картировании и поисках минерально-геохимическими методами». Ленинград, 1988;

10 - Международная конференция «Проблемы рудных месторождений и повышение эффективности геологоразведочных работ» Ташкент, 2003;

11 - Патент Республики Казахстан № 3304 от 2003 г. «Способ извлечения благородных металлов из сульфидных руд и отходов их переработки». Патентообладатель Л.Г. Марченко.

12 - XXXVII Тектоническое совещание «Эволюция тектонических процессов в истории Земли». Новосибирск, 2004.

13 - Международная конференция «Магматические и метасоматические формации и свя-

занное с ними оруденение». Ташкент, 2005;

14 - Международная научная конференция «Благородные и редкие металлы Сибири и

Дальнего Востока». Иркутск, 2005;

15 - Международная конференция «Проблемы геологии и разведки месторождений полезных ископаемых». Томск, 2005;

16 - Международное совещание, посвященное 100-летию со дня рождения академика В.А.Кузнецова. «Актуальные проблемы рудообразования и металлогении». Новосибирск, 2006;

17 - Международная конференция «Современные проблемы геологии и развитие минерально-сырьевой базы Республики Узбекистан». Ташкент, 2007;

18 - Международная конференция «Современные проблемы геологии и разведки полезных ископаемых». Томск, 2010.

Благодарности. В процессе работы автор был окружен дружеской поддержкой сотрудников КазИМСа и ИГН им. К.И. Сатпаева, и хотя судьба разбросала нас по разным предприятиям, автор их помнит и выражает свою признательность и благодарность. К ним относятся В.А. Нарсеев, М.М. Старова, М.С.Рафаилович, И.Л.Фишман, Э.Ю. Сейтмуратова, К.А. Абдрахманов. Автор признателен доктору геол.-мин. наук. Л.А.Мирошниченко, который оказывал большую поддержку при разработке научных исследований. Особую благодарность автор выражает тем, кто апробировал работу: докторам геол.-мин. наук М.С.Рафаиловичу, Х.А. Беспаеву, А.Б. Диарову, Ю.С. Парилову. За безупречную работу и создание карт, рисунков и микрофотографий автор сердечно благодарит Т.В. Гойколову, Л.П. Парфенову, Н.П. Лупареву. За тонкие электронно-микроскопические определения микроформ золота и платиноидов и других элементов автор благодарен Л.В. Комашко, В.Л. Левину и П.Е. Котельникову.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения общим объемом 294 страницы, включая 9 иллюстраций, 31 таблицы и приложения микрофотографий на 35 листах. Список цитированной литературы включает 259 наименования.

Содержание работы.

Работа состоит из шести глав.

Первая глава посвящена рудоносным углеродистым формациям Казахстана, вмещающих различную минерализацию, среди которых выявляются углеродистые формации, имеющие геохимическую специализацию на золото.

Вторая глава посвящена критериям золотоносности месторождений «черносланцевого» типа с предложением модели их формирования

В третьей главе рассматриваются парагенетические ассоциации, где кроме собственных исследований, используется большой объем литературных данных по месторождениям «черносланцевого» типа.

В четвертой главе разбираются особенности строения золота, платиноидов и других металлов и их распределение в золотоносных сульфидах и углеродистом веществе.

В пятой главе рассматривается роль различных наноструктурированных частиц в рудонакоплении и используются литературные данные по свойствам фуллеренов и металлофулеренов.

Шестая глава посвящена созданию научных основ нанотехнологии извлечения полезных компонентов.

1. Рудоносные углеродистые формации казахстана

Набор преобладающих парагенезисов пород определил разделение углеродистых формаций на пять типов, развитых в различных геологических условиях: терригенно-углеродистый, карбонатно-терригенно-вулканогенно-углеродистый, карбонатно-углеродистый, вулканогенно-кремнисто-углеродистый, кремнисто-углеродистый. Каждый тип имеет определенную металлогеническую специализацию. Наиболее золотоносными являются терригенно-углеродистая и карбонатно-терригенно-вулканогенно-углеродистая формации. Полиметаллическая нагрузка характерна для карбонатно-углеродистой формации, а редкометалльная, фосфорная, железо-марганцевая, железисто-кварцитовая для вулканогенно-кремнисто-углеродистой и кремнисто-углеродистой формаций.

Терригенно-углеродистая формация. Такая формация на Кокчетавском Срединном массиве и его обрамлении представлена песчано-сланцевой шарыкской свитой общей мощностью более 1000 м, содержащей большое количество точек минерализации и месторождений с золото-кварц-сульфидным морфотипом руд (Васильковское, Орловское, Новоднепровское). Нижнепалеозойская терригенно-углеродистая формация ордовикская Большого Каратау мощностью 500 м содержит многочисленные рудопроявления и точки минерализации золота и серебра. Нижнепалеозойская терригенно-углеродистая формация (нижний кембрий) Восточного Зауралья мощностью 3500 м содержит рудопроявления Джетыгаринской группы. Нижнекембрийская терригенно-углеродистая формация ниязской свиты Ерементауского района мощностью до 2000 м включает многочисленные рудопроявления золота. Терригенно-углеродистая формация нижнего-среднего ордовика кушакинская свита Шу-Или-Бетпакдалинского района, вмещает многочисленные месторождения и рудопроявления золота. В терригенно-углеродистой формации верхнего ордовика (дуланкаринская и андеркенская), развиты месторождения акбакайской группы (Акбакай, Аксакал и др.). В Щербактинском районе (шербактинская свита нижнего-среднего ордовика) развиты некрупные объекты золота (Чокпар и мелкие рудопроявления). Терригенно-углеродистая формация турне-визейского возраста - полтаво-брединская свита песчано-сланцевая Восточного Зауралья, мощностью 1200 м имеет рудопроявления кумакского и брединского типов. Терригенно-углеродистая и карбонатно-вулканогенно-углеродистая формации среднего карбона (буконьская, калбинская и даубайская свиты) включают гигантские и крупные золото-сульфидные месторождения Бакырчикского рудного поля и большое количество месторождений золото-кварцево-жильного типа.

1.1 Геотектоническое положение золотоносных углеродистых формаций

В Мире огромные площади занимают углеродсодержащие толщи, но далеко не все они рудоносны и не все включают крупные месторождения.

Одной из главных проблем современной геологии и металлогении черных сланцев остается проблема глубинного строения регионов с формированием рудоносных углеродистых формаций. В связи с открытием в Центрально-Азиатском регионе крупных золоторудных объектов (Мурунтау, Кумтор, Бакырчик) интерес к таким супернакоплениям металлов в черных сланцах резко возрос, что явилось толчком к разработке моделей их образования. Для месторождений характерна связь с глубоко проникающими нарушениями, что отмечалось многими исследователями. Эти дислокации пересекают границы плит, палеорифты, сутурные зоны, орогенические пояса и характеризуются наличием длительно действующих тепловых потоков, которые обладают большим запасом летучих компонентов, на протяжении многих миллионов лет обеспечивающих развитие процессов магматизма и рудообразования. Особенно интересен момент связи с мантийными флюидными потоками, которые достигают надастеносферных слоев и, что очень важно, перестают зависеть от горизонтальных перемещений литосферных плит по астеносферному слою. Формирование крупных месторождений связано с несколькими геодинамическими обстановками. Накопление рудной минерализации и углеродсодержащих породах начинается с образования рифтогенных фаций (континентальный рифт). В этой обстановке появляется рассеянная минерализация с вышекларковыми значениями рудных элементов. Восстановленные флюиды углеродного состава формируют широкомасштабные отложения углеродсодержащих пород или переходят в углеродистый метасоматоз с привносом тонкодисперсного металла золота, серебра, сурьмы, мышьяка, платиноидов и других. На рубеже раннего и позднего архея восстановленные флюиды проникают в земную кору дискретно, только вдоль зон глубинных разломов с формированием специфических метасоматитов и тектонитов с тонкодисперсным алмазом, графитом, антраксолитом, керитом, битумоидами (Летников, 1988, 2001).

Вывод о глубинном происхождении золотоносных потоков (на примере Кызылкумского сектора Западного Узбекистана), можно сделать на основе изучения газово-жидких включений в рудах и околорудных породах и изотопных характеристик рудного свинца (Бертман, 2003).

Идея глубинного источника углеродистого вещества и тяжелых металлов, привносимых в терригенные толщи, рассматривалась на примере рудного поля Мурунтау А.А. Маракушевым и В.А. Хохловым (1992).

1.2 Геохимическая и металлогеническая специализации золотоносных углеродистых формаций и сопутствующих магматических образований

Рудоносность углеродистых формаций и их металлогеническая специализация не находится в прямой зависимости от содержания углеродистого вещества в среде, а определяется общей геологической историей развития того или иного региона, составом ведущего парагенезиса литофаций вмещающих пород, характером метаморфизма, метасоматоза, магматических и флюидогенных процессов.

В разрезах терригенных углеродистых толщ Западной Калбы не наблюдалось горизонтов с повышенными или пониженными содержаниями осадочно-диагенетического золота. На стадиях седиментации, диагенеза, регионального метаморфизма накопления золота в породах не происходило. Все повышенные его концентрации приурочены к зонам трещиноватости, разрывов, брекчирования и обусловлены наложением гидротермально-метасоматических процессов. Явления перераспределения и мобилизации металла метаморфогенными растворами при региональном метаморфизме пренит-пумпеллитовой фации не играли заметной роли в рудогенезе. Среди пород рудного поля, да и региона в целом, не установлено повышенной или резко пониженной фоновой золотоносности (Коробейников, 1990, 1997).

Тем не менее, геохимическая специализация должна выявляться для углеродистых формаций с целью определения качественной характеристики литогеохимии слагающих ее фаций и определения связей металлов с углеродистыми соединениями. Геохимическая специализация углеродистых формаций раскрывает их перспективность на обнаружение полезных ископаемых. По контрастности геохимических ассоциаций выделяются ряд золотоносных формаций с высоким кларком концентраций золота в породах: калбинская, буконьская, щербактинская, андеркенская, шованская и другие формации с соответствующими месторождениями.

Огизтауская и киинтасская формации имеют только самые малые кларки концентрации золота, т.е. они не имеют исходной геохимической специализации на золото, а находящиеся в этой формации рудопроявления Киинтас и Кызылаус не перспективны. Включающие их вулканогенно-кремнисто-углеродистые формации по ранговой корреляции не имеют никаких связей с углеродистыми соединениями.

1.3 Генетические типы золотого стратиформного оруденения

В Казахстане выделяются тринадцать стратоуровней, содержащих различные генотипы золотого стратиформного оруденения. На золото геохимически специализированы терригенно-углеродистые формации палеозоя с количественным преобладанием контрастности содержаний золотой ассоциации сравнительно с отложениями докембрия. Ассоциации золота с мышьяком характерны почти для всех корреляционных зависимостей золотоносных формаций, кроме кокджотской. Парагенетические геохимические ассоциации, характерные для определенного вида углеродистых формаций (геохимическая специализация), под воздействием различных процессов превращаются в продуктивные. Терригенно-углеродистые формации (калбинская, буконьская и другие) характеризуются золото-мышьяковой и золото-серебро-мышьяково-сурьмяной ассоциациями. Карбонатно-вулканогенно-терригенно-углеродистые формации, кроме золото-мышьяковой, имеют золото-медную и золото-редкометальную ассоциацию (шарыкская свита). Распределение золото-полиметаллической и золото-редкометальной ассоциации в терригенно-углеродистых и вулканогенно-карбонатно-терригенных углеродистых формациях отражает вертикальную геохимическую зональность золоторудных объектов: первая находится на верхнем уровне, вторая - на нижнем. В вулканогенно-кремнистой формации отмечается сидерофильная и полиметаллическая парагенетические ассоциации, а золотая - вторична и не коррелируется ни с одной из вышеназванных ассоциаций (огизтауская формация).

Вывод. Для оценки геохимической специализации углеродистых формаций были применены расчеты геохимических параметров по контрастности содержаний рудогенных элементов и корреляционным связям между собой и с углеродистыми соединениями. Наиболее перспективными на золото являются терригенно-углеродистые формации, имеющие высококонтрастные (от среднего кларка) содержания золото-мышьяковой ассоциации и положительную корреляционную связь этой ассоциации с углеродистыми соединениями.

2. Модель формирования месторождений благородных металлов «черносланцевого» типа

2.1 Критерии золотоносности месторождений «черносланцевого» типа»

Образование комплексных месторождение золота и платиноидов в черных сланцах тесно связано с рифтовыми процессами, зонами глубинных разломов, деструкцией земной коры, способствующими формированию огромных масс пылевидного вещества (диспергированные частицы) и одновременному поступлению из глубин земли и осаждению эндогенного углерода и благородных металлов. На заключительных, коллизионных надвиговых этапах для локализации таких месторождений большую роль играли взрывные явления, восстановленный тип метасоматоза, потоки специфических рудоносных флюидизиатов, обогащенных углеродистыми соединениями.

Многолетние исследования углеродистых соединений и их связей с рудной ассоциацией позволили автору выделить золото-платиноидно-сульфидно-углеродистую парагенетическую рудную ассоциацию, в которой золото и платиноиды в микро- и в наноформном состоянии включены как в сульфиды, так и в углеродистые соединения. В битумоидах спирто-бензольной фракции золото тесно связано с окисленными углеводородами, представленными карбонильными и карбоксильными углеводородами и металлоорганическими соединениями. Электронно-микроскопические и физико-термические данные по исследованию твердого углеродистого вещества определили его шунгитовое состояние и наличие в нем микросфер золота и других компонентов. В шунгитах определены фуллерены. Возможность существования фуллеренов в шунгитах определяется взрывными событиями, которые сопровождали обогащенный углеводородами флюидный поток.

На месторождениях Бакырчикского рудного поля шунгиты меняют свои физические свойства, совершенствуя свое строение от надрудных зон в сторону богатых руд. В этом же направлении увеличивается количество кислородсодержащих углеводородов. Надрудные зоны значительно обогащены твердым углеродистым веществом, а рудные - жидкими углеводородами, максимумы которых характерны для богатых руд с игольчатым арсенопиритом. Жидкие углеводороды в рудах коррелируются не только с Au, но и со всеми рудогенными элементами: Ag, As, Sb, Cu и петрогенным калием, что свидетельствует о связи золотого оруденения с углеводородным флюидом, обогащенным калием.

Углеродистые метасоматиты проявлены очень широко и имеют свой состав, меняющийся по вертикали (Марченко, 1985). Они могут проявляться как всей колонной, так и частично, что определяет масштабы оруденения на глубину, уровень формирования или эрозионный срез месторождений. Тесная ассоциация золото-сульфидной рудной минерализации с углеродистым веществом и значительные содержания рудогенных элементов в углеродистых соединениях подтверждают правильность выделения автором золото-сульфидно-углеродистой рудной формации. Рудные зоны Бакырчикского рудного поля ассоциируют с метасоматитами по вертикали (сверху-вниз): углеродистые аргиллизиты (шунгит-битумоиды-каолинит-гидрослюда), углеродистые серицитолиты (шунгит-битумоиды-кварц-серицит), углеродисто-слюдисто-карбонатные (шунгит-битумоиды-серицит-флогопит-брейнерит-доломит), углеродсодержащие слюдиты (шунгит-битумоиды-флогопит-серицит).. Аргиллизиты занимают верхние уровни и совмещены с богатыми рудами месторождений Глубокий Лог и Бакырчик, флогопит-серицитовые метасоматиты занимают более глубокие уровни Бакырчика и в основном развиты среди богатых руд месторождений Большевик (Бакырчикское рудное поле) и Кумтор.

В процессе метастабильного подъема мантийного углеводородно-неорганического флюида по глубинным разломам в первую очередь конденсируются элементоуглеводородные соединения, а позже - производные водонеорганической ветви флюида, что определяет двухэтажную металлогеническую зональность, а именно: углеродистые соединения сменяются гидротермальными образованиями. Это многоплановое развитие можно проследить на примере Мурунтауского рудного поля, где ореолы биотит-углеродистых метасоматитов сменяются кварц-микроклиновыми с подчиненным развитием шунгита и графита.

О глубинном источнике углерода на рассматриваемых объектах золото-сульфидно-углеродистой формации свидетельствуют: в первую очередь, данные изотопии углерода, во-вторых - высокотемпературные газово-жидкие включения в кварце, обогащенные СО и СН4, в третьих - тесная корреляция золота и других рудогенных элементов с жидкими углеводородами и калием, в - четвертых - широкое развитие самородных металлов, обычно характерных для флюидных фаз базит-гипербазитового магматизма: Cr, Ti, Mn, Zn, Cu, W и др. На Сухом Логе установлены самородные металлы - Au, Ag, Pt, Cr, Fe, W, Ti, Pb, Sn, Cu и их срастания. При формировании золоторудных месторождений «черносланцевого» типа (Сухой Лог, Россия, Левицкий и др, 1980, 1981, 1983; Мурунтау, Даугызтау, Узбекистан, Тапаева, Генералов, 1993; Бакырчик, Казахстан, Марченко, 1979, 1984, 1985, 1989; Карлин, Невада, Radke, 1985) перенос золота и, возможно, других компонентов осуществлялся в основном в виде легколетучих соединений, устойчивых в восстановленных углеродистых флюидах, то есть, в виде металлоорганических соединений и кластерно-комплексных агрегатов.

О глубинном источнике углерода также свидетельствуют региональные факторы. Рудоносные черные сланцы во многих районах развиты вдоль крупных глубинных разломов: в прогибах, региональных зонах сдвига (зонах смятия). Многие золоторудные объекты, в том числе «черносланцевые», имеют видимые или невидимые связи с глубинными базит-гипербазитовыми или офиолитовыми комплексами. И, наконец, в этих объектах широко развиты специфические магматогенные тела - флюидизаты, обогащенные углеродистыми соединениями, шунгитом и рудными минералами.

Флюидизаты - магматогенные брекчии, формирующиеся в процессе эволюции флюидно-эксплозивных систем различного состава (Голубева, Махлаев, 2002; Reynolds, 1954; и др.). Эти брекчии имеют большое петрологическое и металлогеническое значение.

Существует другой тип флюидизатов, а именно флюидизаты, обогащенные черным углеродистым веществом, которые встречаются на крупнейших золоторудных месторождениях, ассоциирующих с черными сланцами. Выделение этого типа сопряжено с большой трудностью распознания. Во-первых, некоторыми исследователями признается только биогенная природа углеродистого вещества и, во-вторых, структуры брекчии «затушеваны» метасоматозом и интенсивным смятием.

Углеродистые флюидизаты (Марченко, 1978, 1980, 2004) описаны на Боко-Васильевском и Бакырчикском золоторудных полях, где они названы гибридными эксплозивными брекчиями и битуминизированными лавобрекчиями. Углеродистые флюидизаты на Васильевском золоторудном месторождении развиты в зоне надвига и представлены мощной полосой (70-100 м), подсеченной на глубине скважинами и фиксируемой в разведочной шахте.

Эксплозивные углеродистые брекчии развиты на большинстве месторождений Бакырчикского золоторудного поля. Они не имеют видимых переходов в магматические фации и представлены в основном «слепыми» телами. Редко отмечается их переход в лавобрекчии по простиранию. Брекчии сопровождаются субвулканическими габбро-диабазовыми телами, рассекаются дайками диоритовых и диабазовых порфиритов и сиенито-порфиров. Брекчии исчезают за пределами рудного поля. Очень характерны повышенные содержания золота в глыбовых обломках витрокластитов. Золотоносность эксплозивных брекчий и гибридных лавобрекчий усиливается в зонах интенсивного окварцевания. По данным Заири (1978), вмещающие углеродсодержащие породы на месторождении Бакырчик имеют (д 13 С -14… -31 ‰). Шунгиты характеризуются широким диапазоном изменчивости изотопии углерода д13 С от -22 до +26,8‰. Новообразованные карбонаты имеют значения д13 С -2.5…-10‰, д18О +12…+18‰. С глубиной устанавливается тенденция к утяжелению изотопа серы д34 S пирита и арсенопирита (от д34 S -4...-6‰ на горизонте 0,5 км до д34 S 0,0‰ на горизонте 1,5 км). Исследован изотопный состав серы арсенопирита, пирита и антимонита месторождения Суздальское (Ковалев и др., 2011), где значения д34 S пирита ранней продуктивной ассоциации составляет 0,0...-3,3‰, игольчатого и призматического арсенопирита укладываются в интервал -1,2...-3,2‰. Эти данные указывают на преимущественно мантийный источник основного объема серы при незначительном участии легкой коровой серы. В рудной зоне Боко-Васильевского поля значения изотопа д34S меняются от +2 …+12‰ в кварцевых жилах и кварцевых штокверках, а в прожилково-вкрапленных и вкрапленных рудах -12…0‰ (Коробейников, 1999, 2006; Ананьев, Коробейников, 2009).

Если некоторые исследователи тесную корреляцию углеродистого вещества с металлами комментируют как признак сингенетичности металла с осадконакоплением, игнорируя многие другие признаки эндогенного характера, то наличие углеродистых веществ в составе метасоматитов, развитых по цементу эксплозивных брекчий (Томсон и др., 1989, 1993), уже не у кого не могут вызвать негативного мнения.

Тяжелые углеводороды, насыщающие углеводородные мантийные флюиды, с изменением температурного градиента при подъеме способны детонировать, что приводит либо к плавлению вмещающих пород с образованием магматических очагов (при высокой температуре), либо к образованию эксплозивно-брекчиевых потоков в флюидизированном состоянии (при снижении температуры). Образование кимберлитовых трубок - яркий пример мощных взрывов. Углеродистые флюидизаты, в отличие от кимберлитовых, формировались на меньших глубинах и сопровождались восстановленным метасоматозом, несущим либо основную часть рудных металлов (Карлин, Даугызтау, Бакырчик, Кумтор, Сухой Лог), либо подчиненную (Мурунтау).

Источники восстановленного флюида в Чарско-Западно-Калбинской зоне (Бакырчикское и Боко-Васильевское рудные поля) определяются активными перемещениями террейнов, начиная с докембрия и кончая палеозоем, что выражается наличием недифференцированных ультрамафитов Чарского комплекса, которые корнями связаны с глубинными зонами раскрытия (растяжения). Углеродисто-флюидизированная система определяет образование рудоносных флюидизатов и способствует переносу глыбовых блоков (террейнов) древнего возраста вверх по ходу этих флюидизатов.

Гипербазиты Чарского комплекса, развитые в Чарско-Западно-Калбинской сутурной зоне, относятся к докембрийскому циклу и специализированы на золото, кобальт, никель и платину. Источник платины, палладия, как и золота, связан не только с углеродистым флюидом, но и с офиолитовой формацией.

Следует подчеркнуть, что многие золоторудные углеродистые формации Мира с крупными объектами золота развиты в различных структурах земной коры, почти всегда ассоциируют с породами офиолитовой или базит-гипербазитовой формаций.

Происхождение углеродистых флюидизатов, как и классических флюидизатов-кимберлитов, связано с глубинными флюидными потоками, порождающими взрывные структуры. В кимберлитах тонкая сыпь шунгита распределяется во флюидных включениях оливина и граната. В углеродистых флюидизатах шунгит развит в цементе обломков брекчий, в связующей массе обломков витрокластитов и пикритов. Углеродистые флюидизаты, сменяемые в рудной зоне углеродистыми метасоматитами, часто фиксируются в последних как реликты и не развиты за пределами рудной зоны. Специфический рудный флюид со взрывами сопровождал проход флюидизатов в рудоконтролирующие структуры. Этот флюид, вероятно, был одним из дифференциатов мантийного флюида, обогащенного углеводородами, который в процессе метастабильного подъема по глубинным разломам конденсировал металлоорганические соединения и имел высокие критические температуры. Так как углеводороды при определенных условиях сами способны детонировать, то этот процесс приводил к образованию эксплозивно-брекчиевых потоков во флюидизированном состоянии, обогащенных углеводородными соединениями в квази-жидком или твердо-жидком виде.

Взрывные структуры порождаются рудоносными флюидными потоками. Флюидные потоки обогащены пылевидными наночастицами и крупными обломками различного генезиса. Результатом взрывных событий являются и флюидизаты, обогащенные золотом, углеродистыми соединениями и кварцем с импактными микроструктурами и включениями карбидов, тонких алмазов черного цвета.

2.2 О генетике рудоносных углеродистых флюидов

Шунгит и углеводороды встречаются часто на различных объектах эндогенного происхождения. В расслоенном интрузиве Стиллуотер рудный штокверк с платиной содержит до 10 % графита, тесно ассоциирующего с сульфидами. В пределах Оспинско-Китойского района углеродизированные гипербазиты обогащены шунгитом, графитом и платиноидами. Изотопия углерода соответствует мантийному источнику.

Многими исследователями роль углерода в процессе рудогенеза определяется двояко: 1) углерод имеет соединения с металлами, при определенных термодинамических параметрах отторгает рудную примесь; 2) углерод служит геохимическим (сорбционным) барьером на пути гидротермальных флюидов, несущих рудные компоненты.

Флюидизаты, как проводники рудоносных восстановленных флюидов, развиты на многих разноглубинных эндогенных объектах. В кровле траппов Норильских месторождений развиты эруптивные брекчии (такситовый горизонт) с обломками графита и керогена; в такситовом горизонте Верхнеталнахского массива описано габбро с агрегативным графитом и с аморфным антраксолитом в мезостазисе. В рудах Талнахского месторождения среди сульфидов известны находки карбидов W, Si, Fe и антраксолита с графитом. Изотопия углерода в брекчиях меняется в диапазоне - -22,3 -23,4‰. Жидкие битумоиды в кварцево-сульфидных рудах имеют изотопию углерода - -27,8 -30,3‰. Источники рудообразующих растворов - глубинные мантийные и корово-мантийные. Базитовые магмы в этом районе достигали поверхности Земли, заполняли платформенные депрессии, а гипербазитовые, в основном, оставались на глубине, внедряясь в основание коры. Фильтрующиеся через гипербазитовые расплавы трансмагматические восстановленные флюиды приводили к земещению платформенного чехла с траппами и подвергали их флюидной обработке (Маракушев и др., 2003). В результате чего образованы все типы руд месторождений Норильского рудного узла.

М.К. Сатпаевой была предложена оригинальная гипотеза генезиса медистых руд Жезказгана, где привнос металла во вмещающие осадочные породы был определен сверхподвижным высокотемпературным сульфидным расплавом. Жезказганская группа месторождений приурочена к глубинной меридиональной структуре, по которой, вероятно, и происходило поступление рудных расплавов мантийного происхождения. Этот расплав был обогащен летучими с большим количеством углеводородов, о чем свидетельствует широкое развитие в рудной зоне битумоидов и антраксолит-шунгита.

По нашему мнению, руды Жезказгана определены инъекционно-флюидизированными потоками, обогащенными углеводородами и связанными в пространстве с углеродсодержащими флюидизатами. В рудной зоне жидкие битумоиды обогащены рудными компонентами, а антраксолит-шунгит находится в тесном срастании с борнитом и другими сульфидами. Самые богатые борнитовые руды коррелируются с раймундовскими горизонтами конгломератов, обогащенными битумоидами.

Конгломераты золоторудного Витватерсранда представляют собой не что иное, как углеродистые флюидизаты, в которых обломки - «капли» кремнезема размером до 2 см - составляют 80% породы и образуют «дробь» и «шрапнель». «Капли» кремнезема связаны перемычками, зональны и имеют все признаки жидкостной несмесимости в сульфидно-урано-золото-углеродистой матрице. В цементе развиты твердые битумы с повышенным содержание золота. Налицо генетическая связь с гипербазитовой магмой со щелочной направленностью. Ощелачивание расплавов сопряжено с массовым выносом кремнезема, который образовал «капли» - обломки конгломератов и определил ураново-золотоносный характер оруденения (Маракушев, 1996).

Таскоринское золоторудное месторождение (Казахстан) представляет собой рудно-эксплозивное сооружение с золотом и сопровождается адуляр-кварцевыми метасоматитами. Шунгит присутствует в эксплозивных брекчиях, золото количественно растет с глубиной.

Генетика углеродистого рудоносного флюида определяется температурным градиентом и зависит от скорости перемещения (подъема) и состава подпирающего офиолитового или базальтового диапира. При низких температурах образуются эксплозивно-магматогенные флюидизаты, обогащенные шунгитом (плюс фуллерены и графены), сопровождаемые углеродистым метасоматозом и подстилающимися гипербазитами или офиолитами. Здесь же развиваются эпитермальные месторождения с эксплозивными брекчиями, содержащими углеродистое вещество. При высоких температурных условиях происходят плавление пород и формирование гипербазитов, обогащенных углеродистым веществом, сопровождаемых в ореоле углеродистыми черными сланцами, обогащенными, как и углеродистые гипербазиты, платиноидами. При быстром высокоскоростном подъеме офиолитового диапира происходит формирование углеводородов. Водород из мантии действует как катализатор (Юркова, 2011). В районе полиметаллического месторождения Кок-Су в Казахстане обнаружен мелкий диапир кремнисто-шунгитового состава, винтом внедрившийся в древние карбонатные толщи, с обломками ультрабазитов, габброидов и гибридных магматических брекчий с шунгитовым цементом. Внедрение подчеркнуто элементами залегания, отражающими винтовое состояние.

Углеводородный флюид - энергетический двигатель, в результате действия которого формировались флюидизаты и углеродистый метасоматоз, несущие в кору земли минерализацию в парагенезе с углеродистым веществом (минерализация плюс углеродистое вещество= минеральный тип) и, возможно, эндогенную нефть.

Вывод. На основании детальных петрологических и минералогических исследований метасоматических и магматогенных пород и изучения огромного фактического материала литературных данных по флюидогенным породам определено большое значение в их образовании восстановленного рудоносного потока , несущего как углеродистое вещество, так и рудные элементы (золото, платиноиды и другие). Углеродистые флюидизаты ведут себя как проводники рудоносных восстановленных флюидов, развитые на разноглудинных эндогенных объектах. Современный уровень геологических знаний отмечает ведущую роль в эндогенном рудообразовании восстановленных рудных систем, обогащенных углеводородами, определяющих как формирование рудовмещающих, магматических и магматогенных тел (флюидизатов), так и характер эндогенного оруденения с различной металльной специализацией. Для всех перечисленных рудных объектов характерны тесные парагенные связи углеродистого вещества с металлами, что позволяет объединить эти объекты в группу флюидогенных месторождений.

3. Парагенетические продуктивные минеральные ассоциации на месторождениях благородных металлов Казахстана и зарубежных стран

Наиболее информативным для типизации месторождений является состав продуктивных парагенетических минеральных ассоциаций. Парагенетическая минеральная ассоциативность проявляется как на макро-, так и на микро- и наноуровне.

3.1 История моделирования гидротермального рудообразования на золоторудных месторождениях

Гидротермальное рудоотложение контролируется многочисленными факторами, из которых многие исследователи отводят именно температуре рудообразующих растворов и изменению их кислотности. Это, в первую очередь, работы Д.С. Коржинского (1965), В.А.Жарикова (1967, 1979) и Л.Н. Овчинникова (1988). Оценка температуры образования продуктивных ассоциаций часто определялась априорно с подразделением рудных объектов на гипотермальные, мезотермальные и эпитермальные. Использование газово-жидких включений в минералах рудной ассоциации смогло дать некоторую возможность восстановить температуру формирования объектов.

Существует множество классификаций золоторудных месторождений. Н.В. Петровская (1967, 1976) и Г. Шнейдерхен (1958) одними из первых среди основных признаков систематики выделили минеральную продуктивную ассоциацию. А.А. Кременецкий и Э.Ф. Минцер (1995) предлагали выделять минеральные типы, которые характеризуются проявлением в рудах продуктивной минеральной ассоциации полезного компонента. Этот аспект, по мнению вышеназванных исследователей, «дает основание назвать минеральные образования рудой, и он же определяет основные технологические качества руд». Ими установлены следующие наборы минеральных типов: золото-пирит-арсенопиритовый, золото-полисульфидный, золото-теллуридный, золото-антимонитовый и золото-киноварный. Три первых из них выделены Н.В. Петровской ещё в 1967 г. Вышеназванные минеральные типы характерны не только для собственно золоторудных месторождений, они же определяют золотоносность месторождений с попутным золотом.

Существует группа золоторудных стратиформных месторождений или как их называют месторождений «черносланцевого» типа, для которых характерны, в основном, первые три минеральных типа. Автором выделены золоторудные формации, в которых развиты различные минеральные типы, отмечено участие в этих парагенезисах углеродистого вещества. Было предложено название «углеродисто-мышьяково-золоторудная формация» (Марченко, 1980), в которую включены кварц-пирит-арсенопирит-углеродисто-золотой минеральный тип (месторождение Бакырчик и др.), кварц-альбит-пирит-калаверит-арсенопирит-углеродисто-золотой минеральный тип (Кулуджун и другие), кварц-пирит-антимонит-углеродисто-золотой минеральные типы (Кварцитовые Горки), кварц-адуляр-пирит-углеродисто-золото-серебряный минеральный тип (Архарлы), кварц-адуляр-пирит-молибденит-углеродисто-серебряно-золотой минеральный тип (Таскора), кварц-карбонат-углеродисто-магнетит-альбит-кобальт-золотой минеральный тип (Карамурун).

3.2 Формы золота в гидротермальных месторождениях (литературные данные)

В большинстве гидротермальных месторождений основная часть благородных металлов сконцентрирована в пирите, арсенопирите, халькопирите, галените, сфалерите, пирротине, антимоните, тетрадимите (Беневольский, 1995; Сотников, 1998; Лодейщиков, 1999; Кузьмин и др, 2000; Лешков и др, 2001; Чантурия, 2003). Исследования сульфидных руд показали, что самородное золото в них преимущественно мелкое и тонкодисперсное (Петровская, 1973; Cambel et al., 1980; Миронов и др., 1981; 1986; Таусон и др., 1996). Помимо "свободного" самородного золота, преобладающая его часть присутствует в субмикроскопической, ультрадисперсной форме (Лодейщиков, 1968; Петровская, 1973; Chryssoulis et al., 1980; Миронов и др., 1987; Зеленов, 1989). Размер золотин в сульфидах может колебаться от 0,1 до 150 микрон и выше. По крупности частиц золото делят: а) крупное золото >0,1мм (100 мкм), очень крупное 1-5 мм, самородки >5 мм); б) мелкое золото от 0,1мм до 0,001мм (от 100 мкм до 1 мкм); в) тонкодисперсное золото - размер частиц < 0.001 мм (<1 мкм), г) субмикроскопическое - размер частиц < 0,1 мкм (Стрижко, 2001). Минеральные индивиды размером 100-0,1 мкм названы микроминералами (Конеев, 2001). Ниже границы 0,1 мкм начинается область наноминералогии и частиц типа фуллеренов.

По мнению ряда исследователей, считается, что золото находится в сульфидах в виде механической примеси - собственно металлической (Плаксин, 1958; Гаврилов, 1971; Бадалов, 1972; Петровская, 1973; Гаврилов и др., 1982; Миронов, 1988). Однако другие авторы полагают, что золото входит в кристаллическую структуру сульфидов ("изоструктурное", "изоморфное" золото) преимущественно в анионной, в меньшей степени катионной формах (Коробушкин, 1970; Старова, 1972; Миронов и др., 1987, Генкин и др., 2002). При этом катионная форма обусловлена изоморфным замещением атомов железа, а анионная - атомов серы, мышьяка или других "элементов-проводников" (Войцеховский и др., 1975, Таусон и др., 1996).

3.3 Золоторудные месторождения «черносланцевого» типа

К этой группе можно отнести месторождения, приуроченные к «черносланцевым» толщам верхнепротерозойских или палеозойских терригенных комплексов, выделяемых в отдельный генетический тип (Константинов, 1982; Нарсеев и др., 1989; Сорокин, 1993; Сафонов, 1997; Новожилов, Гаврилов, 1999; Некрасов, 2000; Буряк и др., 2002). Содержание сульфидов, среди которых важную роль играют золотоносный пирит и арсенопирит, составляет обычно 3-7% (Schwarts, 1944; Петровская, 1967; Boyle, 1979; Иванюк, 1984; Новожилов, Гаврилов, 1999). Среди месторождений этого типа наиболее известные - Олимпиада, Нежданинское, Наталкинское, Майское, Советское в России; Мурунтау, Кокпатас, Зармитан, Даугызтау, Амантайтау в Узбекистане; Бакырчик в Казахстане; Чоре в Таджикистане; Кумтор в Киргизстане; Мазер Лод в США; Бендиго, Олимпик Дэм в Австралии.

...