УДК 548.4
ГЕНЕЗИС КОЛЧЕДАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ ВЕРХНЕУРАЛЬСКОГО РУДНОГО РАЙОНА (ЮЖНЫЙ УРАЛ, РОССИЯ): СВИДЕТЕЛЬСТВА МАГМАТИЧЕСКОГО ВКЛАДА МЕТАЛЛОВ И ФЛЮИДА
© 2013 г. В. С. Карпухина*, В. Б. Наумов*, И. В. Викентьев**
*Институт геохимии и аналитической химии им. В.И.Вернадского РАН 119991, Москва, ул. Косыгина, 19 **Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН 119017, Москва, Ж-17, Старомонетный пер., 35 Поступила в редакцию 12.10.2012 г.
Исследованы расплавные включения, флюидные включения магматической воды во вкрапленниках кварца рудовмещающих кислых вулканитов и флюидные включения в минералах руд, околорудных пород на медно-цинково-колчеданных месторождениях Верхнеуральского рудного района (Южный Урал). Магматические расплавы вулканитов — высокотемпературные (850—1210°С), нормальной щелочности, соответствуют риолитам и принадлежат к толеитовой серии. По соотношению щелочей они разделяются на три группы: 1) преобладающие калий-натриевые (К20/№20 = 0.3—1.0); 2) более редкие натриевые (К20/№20 = 0.15—0.3) и 3) калиевые (К20/№20 = 1.9—9.3). Концентрации летучих компонентов в расплавах составляют (мас. %): Н20 — в среднем 2.9 (до 6.5), С1 — 0.13 (до 0.28), Б — 0.09 (до 0.42). При кристаллизации кварца магматический расплав был гетерогенен, содержал кристаллы магнетита и сульфидные глобули (пирротин, пентландит, халькопирит, борнит). Впервые для кислых вулканитов Южного Урала во вкрапленниках кварца установлены высокоплотные флюидные включения магматической воды, что свидетельствует о реальном участии магматических флюидов в гидротермальном рудообразовании. Гомогенизация флюидов происходит при температурах 124—245°С в жидкую фазу, соленость водного раствора — 1.2—6.2 мас. %-экв. №С1. Рассчитанные флюидные давления очень высокие — 7.0—8.7 кбар для 850°С и 5.1—6.8 кбар для 700°С. Анализ методом ICP-MS с лазерной абляцией (LA-ICP-MS) расплавных и флюидных включений магматической воды во вкрапленниках кварца выявил высокую насыщенность металлами первичного магматического флюида и магматического расплава. Это свидетельствует о потенциальной рудоносности вулканических комплексов островных дуг, с которыми пространственно ассоциируют колчеданные месторождения. Проведено сопоставление изученных кислых расплавов с расплавами других колчеданных месторождений. Систематическое изучение флюидных включений в минералах руд и околорудных пород на пяти колчеданных месторождениях Верхнеуральского района показало, что рудообразующие флюиды имели температуры от 375 до 115°С, давление до 1.0—0.5 кбар, хлоридный состав и соленость — 0.8—11.2 (редко до 22.8) мас. %-экв. №С1. По данным изотопного состава Н и 0 серицита из подрудных метасоматитов, предполагается существенный вклад морской воды в состав минералообразующих флюидов при возрастании роли магматогенной воды в центральных зонах рудоподводящего канала и с глубиной. Двойственная природа флюидов с преобладанием магматического источника подтверждена анализом изотопов S, С, 0, Sr. ТС-пара-метры формирования колчеданных месторождений хорошо согласуются с данными по флюидным включениям из современных сульфидных построек дна океана.
Б01: 10.7868/80016777013020020
ВВЕДЕНИЕ
Приуроченность колчеданных месторождений Южного Урала к вулканическим палеоструктурам и их парагенетическая связь с кислым вулканизмом являются широко признанными. В разработанных генетических моделях формирование колчеданоообразующих гидротермальных систем связано с малоглубинными очагами кислых магм
Адрес для переписки: И.В. Викентьев. E-mail: viken@igem.ru
(Кривцов и др., 2002; Медноколчеданные ..., 1992; Franklin etal., 2005). Происхождение кислых вулканитов не получило до настоящего времени удовлетворительного объяснения, так как в этой провинции магматизм имеет базальтоидную природу с преобладанием эффузивов толеитовой серии. Большинство геологов (Зайков, 2006; Кривцов и др., 2002; Baranov et al., 1988; Franklin et al., 2005; Grichuk, 2012 и др.) связывает образование колчеданных месторождений с циркуляцией
морской воды ниже океанического дна и с выщелачиванием металлов из слагающих его пород. Однако прямые доказательства этой точки зрения отсутствуют. Недостаточно проработана проблема источника воды, а также металлов в колчеда-нообразующих гидротермальных флюидах. Для Верхнеуральского района характерны малая тектоническая нарушенность и сравнительно слабый региональный метаморфизм вмещающих вулканических толщ. Это обстоятельство делает колчеданные месторождения района благоприятным объектом исследования рудообразующих систем. В результате проведенного авторами комплексного изучения исследований расплавных и флюидных включений в минералах оценены физико-химические параметры магматических и гидротермальных процессов. Впервые для колчеданных месторождений мира состав расплавных включений и флюидных включений магматической воды во вкрапленниках кварца кислых эф-фузивов определен высокоточным локальным методом LA-ICP-MS.
КРАТКАЯ ГЕОЛОГИЧЕСКАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНА
Верхнеуральский рудный район расположен в северной части Магнитогорской мегазоны в ее восточном борту и относится к Учалинско-Алек-сандринской структурно-формационной зоне. В его пределах известно восемь Си^п-колчедан-ных месторождений и серия рудопроявлений. Их геологические и минералого-геохимические характеристики приведены во многих работах (Ви-кентьев, 2004; Зайков, 2006; Кривцов и др., 2002; Медноколчеданные ..., 1988; Серавкин и др., 1992; Багапоу гг а1, 1988; Ргокт, Биз1аеу, 1999), что позволяет отметить лишь некоторые особенности, важные для выполненных исследований. Кислые вулканиты слагают верхнюю часть контрастной риолит-базальтовой формации, принадлежащей к карамалыташской свите ^2е кг). Выше залегает вулканогенно-осадочная толща улутаусской свиты и1). В разрезе кислых
вулканитов проявлена грубая ритмичность: экструзивные и лавовые фации в основании ритмов сменяются туфами и вулканогенно-осадочными породами в их верхней части. Выделяется три ритма кислого вулканизма. Среди кислых вулканитов в целом преобладают риодациты (до 50%), подчиненное распространение имеют дациты (до 20%). Подстилающие базальтоиды являются толеитовыми, а кислые вулканиты принадлежат в основном к известково-щелочной серии.
Колчеданные месторождения Верхнеуральского района — типичные представители уральского типа (Зайков, 2006; Серавкин и др., 1992; Ргокт, Бш1аеу, 1999). Рудные тела залегают на трех литолого-стратиграфических уровнях, соот-
ветствующих периодам спада кислого вулканизма (снизу вверх): в средней и верхней части кара-малыташской свиты ^2е кг) и в низах улутаусской свиты и1). Среди месторождений района (фиг. 1) наиболее крупным является Узельгинское (около 4 млн. т Си + Zn). Большинство колчеданных залежей характеризуется заметным преобладанием Zn над Си. Они слагаются практически сплошными колчеданными рудами и представляют собой вулканогенные гидротермальные образования над выходами рудоподводя-щих каналов на дно палеоморя или метасоматиче-ски отложены вдоль них в толще вулканитов. Локально на флангах месторождений развиты маломощные гидротермально-осадочные слоистые руды.
Породы района претерпели изменения, обусловленные деятельностью колчеданообразую-щих систем и последующим региональным метаморфизмом цеолитовой и пренит-пумпеллиито-вой фаций (Викентьев, 2004). Вблизи рудных тел (особенно в их лежачем боку) породы локально гидротермально изменены с развитием зон кварц-серицитовых метасоматитов; местами развиты интенсивная карбонатизация и хлоритиза-ция. По латерали к флангам месторождений ме-тасоматиты сменяются пропилитами (Медноколчеданные ..., 1988, 1992).
РАСПЛАВНЫЕ ВКЛЮЧЕНИЯ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
Для изучения расплавных включений было отобрано свыше 150 образцов риолитов и риода-цитов из керна скважин в пределах трех основных рудовмещающих депрессий района: Узельгин-ской, Молодежной и Озерной. В вулканитах Узельгинской депрессии изучены вулканиты всех трех ритмов на центральном участке Узельгин-ского месторождения, среднего и верхнего ритма на участке Талганского месторождения и риоли-ты Александровского купола среднего ритма вулканизма. Изучались также кислые вулканиты трех ритмов в западной части Молодежной депрессии на участке месторождения Чебачьего и вулканиты верхнего ритма в Озерной депрессии на участке одноименного месторождения. Изученные вулканиты пропилитизированы и альби-тизированы, что отражается в значительных вариациях химического состава, наиболее значительных для Са, На, и К. Анализы наименее измененных пород приведены в табл. 1.
Расплавные включения изучались во вкрапленниках кварца в прозрачно-полированных пластинах под микроскопом. Просмотрено более 200 пластин, что позволило установить типы расплавных включений, их размеры и частоту встречаемости. Термометрическое изучение рас-плавных включений проводилось в микромуфеле
Фиг. 1. Схема строения Верхнеуральского, Учалинского и Александринского рудных районов и положение колчеданных месторождений.
1 — Центрально-Уральское поднятие; 2 — офиолиты (O—Sj); 3, 4 — островодужные базальт-риолитовый, D2 (3) и андезит-базальтовый, базальт-трахитовый комплексы (D3—C1), подчиненные известняки (4); 5 — гранодиориты, плагио-граниты (D2_3); 6, 7 — габбро-гранитные серии (D3—C1) (6) и Cj (7); 8 — граниты, P; 9 — крупные разломы; 10 — надвиги; 11 — колчеданные месторождения: 1 — Таш-Яр, 2 — Учалинское, 3 — Ново-Учалинское, 4 — Западно-Озерное, 5 — Талганское, 6 — Узельгинское, 7 — Чебачье, 8 — Молодежное, 9 — Бабарык, 10 — Александринское.
с платиновым нагревателем с точностью измерений ±10°С. При этом использовался метод закалки (Наумов, 1969), позволяющий наблюдать фазовые изменения в мелких включениях размером до 3—5 мкм. Гомогенизация расплавных включений размером 15—50 мкм проводилась в течение 40—60 часов. После каждого повышения температуры на 20°С образец выдерживался 5—6 ч, закаливался и просматривался под микроскопом для выявления произошедших изменений в фазовом составе включений. Химический состав стекол и кристаллических фаз определ
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.