УДК 553.2:556.3.01
МОДЕЛЬ ПРОЦЕССА ФЛЮИДНОГО ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА ПРИ ФОРМИРОВАНИИ Mo-U-МЕСТОРОЖДЕНИЙ СТРЕЛЬЦОВСКОГО РУДНОГО ПОЛЯ (ВОСТОЧНОЕ ЗАБАЙКАЛЬЕ): ГИПОТЕЗА ВЫНУЖДЕННОЙ КОНВЕКЦИИ РАСТВОРОВ, ГЕНЕРИРУЕМЫХ
ГЛУБИННЫМ ИСТОЧНИКОМ © 2010 г. В. И. Мальковский, А. А. Пэк, А. П. Алешин, В. И. Величкин
Институт геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН 119017, Москва Ж-17, Старомонетный пер., 35 Поступила в редакцию 11.07.2008 г.
Рассматривается математическая модель формирования уникальных по запасам урановых месторождений Стрельцовское и Антей в Стрельцовской кальдере. Предполагается, что образование этих месторождений обусловлено глубинным источником урана, связанным со средне-нижнекоровыми очагами кислой магмы или имеющим мантийное происхождение. Граничные условия модели заданы на основании современных представлений о физико-химических условиях гидротермального процесса в Стрельцовском рудном поле и факторах рудоотложения. Результаты моделирования показывают хорошую сходимость с известной морфологией рудных тел и общими запасами месторождений, что косвенно подтверждает согласованность исходных данных о физико-химических параметрах рудобразующей системы. Получена максимальная оценка общего времени урановорудного процесса в 500 тыс. лет.
ВВЕДЕНИЕ
Представления об источнике рудного вещества и в целом о генезисе уникальных по запасам и геологическим условиям локализации месторождений Стрельцовского рудного поля значительно различаются. Существует как минимум три основные гипотезы о возможных источниках урана (Ищукова и др., 1998): 1) породы, вмещающие и подстилающие рудные тела месторождений; 2) верхнекоровый очаг кислой магмы; 3) мантийный источник. В последнее время развивается гипотеза об отщеплении урана в гидротермальный флюид от эволюциони-рованной кислой фтористой магмы на средне-ниж-некоровых глубинах (Алешин и др., 2007).
В условиях, когда невозможно получить прямые сведения об области генерации рудного вещества палеогидротермальной системы, значительную роль играют косвенные методы исследований, в частности, методы математического моделирования. Во второй половине 20-го столетия арсенал методов, используемых при изучении гидротермальных месторождений, необычайно расширился. Классические методы реконструкции условий рудообразова-ния, основывающиеся на геологических наблюдениях, дополнились анализом результатов изучения газо-жидких включений, геохимии стабильных и радиоактивных изотопов, тонких минералогиче-
Адрес для переписки: В.И. Мальковский. E-mail: malk@ig-em.ru
ских исследований и др. Этот прогресс в методах исследования в полной мере относится к изучению месторождений урана.
Одновременно, благодаря развитию компьютерных технологий, начали использоваться методы компьютерного моделирования физических процессов флюидного тепломассопереноса в гидротермальных рудообразующих системах и физико-химических процессов, сопряженных с флюидным тепломассопереносом. Эти методы также использовались в приложении к проблемам генезиса месторождений урана (Барсуков, Пэк, 1980; Барсуков, Борисов, 19821-3; Лаверов и др., 1995; Борисов, 2000; Кайепзре^ег, Garven, 199512; Рек, МаШочзку, 2002).
В настоящей статье методы математического моделирования флюидного тепломассопереноса используются для анализа гипотезы о формировании месторождений Антей и Стрельцовское, исходя из представлений о рудообразующей системе с вынужденной конвекцией флюидов, отделяющихся от глубинного источника, удаленного от области рудоотложения. В такой постановке задачи источником урана могут быть очаги кислой магмы, расположенные на средних и нижних уровнях земной коры, мантийные расплавы, а также глубинные трансмагматические флюиды. Исходные граничные условия для моделирования определялись на основании данных о физико-химических параметрах гидротермальной системы, полученных из результатов изучения флюидных
включений, минеральных парагенезисов и условий локализации руд (Алешин и др., 2007), а также термодинамических данных и результатов экспериментов.
ГЕОЛОГИЯ И УСЛОВИЯ ФОРМИРОВАНИЯ МЕСТОРОЖДЕНИЙ
Геология месторождений Стрельцовского рудного поля, а также результаты проведенных на месторождениях исследований рудной минерализации и околорудных преобразований вмещающих пород, физико-химические условия их образования описаны в многочисленных публикациях (Вольфсон и др., 1967; Лаверов и др., 1992; Ищукова, 1995; Машковцев и др., 1995, 1998; Чернышев, Голубев, 1996; Андреева, Головин, 1998; Ищукова и др., 1998, 2005, Ищукова, 2007; Алешин и др., 2007).
Месторождения расположены в Стрельцов-ской (Тулукуевской) вулканотектонической депрессии кальдерного типа в Восточном Забайкалье (фиг. 1). Площадь кальдеры — около 150 км2. В пределах кальдеры выявлено и разведано 19 молибден-урановых месторождений с суммарными запасами урана около 250 тыс. т (Ищукова и др., 1998; Ищукова, 2007; Алешин и др., 2007).
Практически все месторождения рудного поля сформировались из единой гидротермальной системы в результате циркулирования ураноносных флюидов по взаимосвязанной системе разломов и трещин в локальном объеме кальдеры и ее фундамента. Это привело к тому, что границы между некоторыми месторождениями — условные. Это относится: 1) к месторождениям Красный Камень, Пятилетнее, Жерловое и Аргунское, локализованным в пределах Краснокаменского вулканического аппарата; 2) к месторождениям Тулукуевское, Юбилейное, Весеннее и Новогоднее, контролируемым Тулукуевской зоной разломов; 3) к месторождениям Октябрьское, Лучистое, Мартовское и Мало-Тулукуевское, распо-
ложенным в пределах Мало-Тулукуевской зоны разломов. Месторождения Стрельцовское и Антей, по совокупным запасам крупнейшие в кальдере, являющиеся в настоящей статье объектом моделирования, также образуют отдельную группу в пределах Центральной зоны разломов (фиг. 1).
Месторождения Антей и Стрельцовское расположены в восточной части Стрельцовской кальдеры (фиг. 1). Фундамент кальдеры сложен в основном позднепалеозойскими биотитовыми гранитами. Кальдера заполнена позднемезозойской осадочно-вулканогенной толщей, включающей трахибазаль-ты, трахидациты, липариты с прослоями туфов, конгломератов и песчаников, общей мощностью до 1000 м. В пределах рассматриваемых месторождений мощность вулканогенно-осадочной толщи составляет до 550 м (Ищукова и др., 1998).
Руды месторождения Стрельцовское локализованы в вулканогенно-осадочном комплексе, а под ним в гранитах фундамента расположено месторождение Антей. Оруденение в верхнем структурном этаже представлено крутопадающими жило-образными, штокверкоподобными телами и плас-тообразными залежами, которые контролируются, соответственно, крутопадающими разломами, системами трещиноватости и пологими срывами в слоистом вулканогенно-осадочном комплексе. Продолжение оруденения в нижнем структурном этаже (месторождение Антей) — жилообразные залежи, которые контролируются узкой зоной крутопадающих разрывных нарушений в породах фундамента депрессии. При переходе из верхнего структурного этажа в нижний характер структурного контроля оруденения разрывными нарушениями меняется. Значительная часть крутопадающих рудоконтролирующих разломов в верхнем структурном этаже, за исключением нескольких наиболее крупных, не переходят в фундамент депрессии. Компактная зона рудоконтролирующего разлома в гранитоидном фундаменте при переходе в вулканогенно-осадочный комплекс сменяется системой многочисленных маломощных разры-
Фиг. 1. Геологическая карта Стрельцовского рудного поля. Составлена по материалам Л.П.Ищуковой (Ищукова и др., 1998).
1—13 — вулканогенная толща, выполняющая кальдеру (Г3—К1): 1 — базальты, 2 — дайки и субвулканические тела мелкопорфировых липаритов, 3 — сиениты, сиенит-порфиры, граносиенит-порфиры, 4 — верхний покров мелко- и круп-новкрапленных липаритов, 5 — кремовые сферолитовые липариты, 6 — массивные и флюидальные фельзиты, кварцевые порфиры и их туфолавы, 7 — андезиты, 8 — нижний покров сферолитовых и тонкофлюидальных стекловатых липаритов, 9 — верхний покров базальтов и андезито-базальтов, 10 — верхний покров трахидацитов, 11 — средний покров базальтов, 12 — нижний покров трахидацитов, 13 — нижний покров андезито-базальтов; 14 — вулканические аппараты; 15—17 — туфогенно-осадочные породы: 15 — туфы, 16 — песчаники с прослоями алевролитов, 17 — конгломераты и гравелиты; 18—21 — породы фундамента кальдеры (PZ): 18 — варисцийские крупно- и среднезернистые граниты, 19 — каледонские гнейсовидные граниты, 20 — мраморы, 21 — алевролиты, филлитовидные и кварц-серицитовые сланцы, кварциты; 22 — крутопадающие нарушения; 23 — пологопадающие нарушения; 24 — контуры месторождений (цифры в кружках): 1 — Широндукуйское, 2 — Стрельцовское, 3 — Антей, 4 — Октябрьское, 5 — Лучистое, 6 — Мартовское, 7 — Мало-Тулукуевское, 8 — Тулукуевское, 9 — Юбилейное, 10 — Весеннее, 11 — Новогоднее, 12 — Пятилетнее, 13 — Красный Камень, 14 — Юго-Западное, 15 — Жерловое, 16 — Аргунское, 17 — Безречное, 18 — Дальнее.
I — VI — зоны разломов (цифры в кружках): I — Урулюнгуевская, II — Аргунская, III — Меридиональная, IV — Тулуку-евская, V — Мало-Тулукуевская, VI — Центральная.
1 с ~> о и 4 + +■ 4- 5 / 6 1-1
7
Фиг. 2. Положение рудных тел в разрезе месторождений Стрельцовское и Антей. Составлена по материалам Л.П.Ищу-ковой (Ищукова и др., 1998).
1 — фельзиты, дациты (Г3—К1); 2 — туфы кислого состава (Г3—К1); 3 — базальты, андезиты (Г3—К1); 4 — конгломераты (Г3—К1); 5 — граниты (PZ); 6 — тектонические нарушения; 7 — рудные тела. Фундамент кальдеры сложен многофазными комплексами гранитоидов позднего (240—260 млн. лет) и раннего (380—310 млн. лет) палеозоя с ксенолитами древних метаморфитов — гнейсов, сланцев, амфиболитов и мраморов.
вов. Они образуют в совокупности расширяющийся и выклинивающийся по восстанию "веер" жи-лообразных и сопряженных с ними штокверкопо-добных рудных тел (фиг. 2).
Позднемезозойский гидротермальный процесс проявлялся в кальдере в течение длительного периода времени, охватывающего миллионы лет. В его урановорудном этапе выделяются: дорудная, ур
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.