Онтогенез флюорит-барит-кварцових жил Берегівського рудного поля

Размещено на http://www.allbest.ru/

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

ЛЬВІВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ІМЕНІ ІВАНА ФРАНКА

УДК 553.065.2(477.87)

Спеціальність: 04.00.20. - мінералогія, кристалографія

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата геологічних наук

ОНТОГЕНЕЗ ФЛЮОРИТ-БАРИТ-КВАРЦОВИХ ЖИЛ БЕРЕГІВСЬКОГО РУДНОГО ПОЛЯ

Словотенко Надія Олександрівна

Львів-2007

Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі мінералогії Львівського національного університету імені Івана Франка

кандидат геолого-мінералогічних наук Скакун Леонід Зіновійович, доцент кафедри мінералогії Львівського національного університету імені Івана Франка, м. Львів.

Офіційні опоненти:

доктор геол. наук, Возняк Дмитро Костянтинович, старший науковий співробітник, завідувач відділу регіональної та генетичної мінералогї Інституту геохімії, мінералогії та рудоутворення НАН України, м. Київ

кандидат геол.-мін. наук, Наумко Ігор Михайлович, старший науковий співробітник, завідувач відділу геохімії глибинних флюїдів Інституту геології і геохімії горючих копалин НАН України, м. Львів

Провідна установа: Криворізький технічний університет, м. Кривий Ріг.

Захист відбудеться "27" лютого 2007 р. о 1530 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д.35.051.04 геологічного факультету Львівського національного університету імені Івана Франка за адресою: ауд. 219, вул. Грушевського, 4, м. Львів, 79005.

З дисертацією можна ознайомитись у науковій бібліотеці Львівського національного університету імені Івана Франка за адресою: вул. Драгоманова, 5, м. Львів, 79005.

Автореферат розісланий "19" січня 2007 р.

Учений секретар спеціалізованої вченої ради, кандидат геолого-мінералогічних наук Є.М. Сливко

Анотації

Роботу присвячено дослідженню формування кварцовожильної мінералізації, з утворенням якої пов'язаний головний етап відкладення золота на Берегівському рудному полі. Золотовмісна мінеральна парагенетична асоціація складається з електруму, халькопіриту, стибієвих і бісмутових сульфосолей міді, кварцу, бариту і флюориту. На підставі мінералогічних, онтогенічних, термобарогеохіміних досліджень створено фактологічну модель, яка лягла в основу числового фізико-хімічного моделювання процесів утворення дослідженої мінералізації. Мінеральна асоціація своїм утворенням завдячувала змішуванню розчинів різного складу й походження на геохімічному бар'єрі, складеному карбонатними жилами. Золото осаджувалось унаслідок реакції змішування розчинів, під час якої руйнувались гідросульфідні комплекси, що його переносили. З'ясовано, що основний об'єм жильного кварцу утворювався з гелю кремнезему. Барит і флюорит формувались у в'язкому середовищі гелю при дифузійному режимі. Першим кристалізувався барит, флюорит дещо запізнювався, їхня кристалізація спонукала розкристалізацію гелю кремнезему з утворенням прихованокристалічного кварцу. Інфільтрація розчинів у жильному просторі спричиняла перекристалізацію кварцових агрегатів, виникнення крупнокристалічних друзових відмін кварцу, винесення золота з ділянок первинного осадження і перевідкладення його на вищих горизонтах з утворенням штокверкових руд кварц-каолініт-ґетитового і каолiніт-дикітового складу. кварцовожильний мінералізація золото

Ключові слова: флюорит, барит, кварц, онтогенез, епітермальна мінералізація, флюїдні включення, числове моделювання, Берегівське рудне поле.

Словотенко Н.О. Онтогенез флюорит-барит-кварцовых жил Береговского рудного поля. - Рукопись.

Работа посвящена исследованию формирования кварцевожильной минерализации, с образованием которой связан основной этап отложения золота на Береговском рудном поле (Закарпатье). Береговское рудное поле вместе с подобными золоторудными объектами Венгрии, Словакии и Румынии входит в единую металлогеническую провинцию эпитермальных золоторудных месторождений. Это приповерхностное образование, минерализация которого формировалась при низких значениях температуры и давления.

Актуальность данного исследования обусловлена необходимостью расшифровки последовательности образования сложных агрегатов кварцевых жил на основе онтогенического анализа для изучения причин и условий процесса минералообразования. Эпитермальные месторождения - важная база добычи золота. Определение закономерностей функционирования эпитермальной системы необходимо для прогнозирования новых золотоносных рудных объектов этого типа. Важной остается проблема формирования кварцевых жил на золоторудных месторождениях, в том числе эпитермальных. Экспериментальные и теоретические данные свидетельствуют о том, что кварц не может откладываться из гидротермального раствора. На данном этапе не исследован механизм одновременного образования барита и флюорита в гидротермальных условиях. Известно, что барит и флюорит обладают очень низкой растворимостью и не могут откладываться из одного раствора. Определение причин и способа минералообразования возможно именно при использовании онтогенического метода.

На основе минералогического и онтогенического анализов, исследования флюидных включений создана фактологическая модель, которая легла в основу числового физико-химического моделирования процессов образования исследуемой минерализации. Минеральная ассоциация своим формированием обязана смешиванию растворов на геохимическом барьере, сложенном карбонатными жилами. Три типа растворов - глубинный, формационный и метеорный - участвовали в формировании жильной минерализации. Золото переносилось гидросульфидными комплексами, а осаждалось вследствие реакции смешивания растворов, во время которой эти комплексы разрушались.

Основной объем жильного кварца образован из геля кремнезема. Различные режимы кристаллизации начально аморфного (гелевого) субстрата привели к формированию в объеме жилы агрегатов с разнообразными структурами. Преобладание скрытокристаллических разновидностей кварца в основном объеме жил свидетельствует о доминировании застойных участков в среде кристаллизации. Каналами фильтрации растворов становились трещины синерезиса, в дальнейшем выполненные друзами кварца.

Барит и флюорит образованы в результате смешивания глубинного раствора, насыщенного ионами фтора и бария, с формационными водами, обогащенными кальцием и сульфат-ионом. Минералы формировались в вязкой среде геля в результате встречной диффузии ионов Ba2+ и SO42-, Ca2+ и F-. Необходимым условием возникновения жильных флюорита и барита было существование геля. Кристаллизация барита и флюорита стимулировала раскристаллизацию геля с образованием кварца, в дальнейшем минералы росли одновременно. Как результат, ориентация индивидов кварца подчинена ориентации индивидов барита и флюорита.

Инфильтрация растворов в жильном пространстве была причиной перекристаллизации кварцевых агрегатов, выноса золота с участков первичного осадження. Золото переотлагалось на других геохимических барьерах, на верхних горизонтах рудного поля, где образовались кварц-каолинит-гетитовые и каолинит-гетитовые руды штокверкового типа.

Ключевые слова: флюорит, барит, кварц, онтогенез, эпитермальная минерализация, флюидные включения, числовое моделирование, Береговское рудное поле.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Берегівське рудне поле відноситься до епітермального типу. На сучасному етапі розвитку гірничодобувної промисловості світу епітермальні родовища є важливою базою для видобутку золота. Визначення процесів і закономірностей функціонування епітермальної системи потрібне для прогнозування нових золотоносних рудних об'єктів цього типу для успішного розвитку мінерально-сировинної бази України. Золоторудна мінералізація рудного поля пов'язана з кварцовими жилами, в яких містяться просторово відокремлені флюорит і барит. Важливою залишається проблема утворення кварцових жил і формування флюорит-барит-кварцових агрегатів. Експериментальні й теоретичні дані (Айлер, 1982; Dove, Rimstidt, 1994) свідчать про те, що кварц не може відкладатись безпосередньо з гідротермального розчину, проте кварцові жили широко поширені на золоторудних родовищах, зокрема й епітермальних. Одержати прямі дані про динаміку мінералоутворення можна за допомогою онтогенічного методу.

В останні роки розроблено нові методики онтогенічного аналізу, використання яких допоможе розв'язати проблеми виникнення та розвитку мінеральної асоціації досліджуваних жил. Однією з таких методик є катодолюмінесцентний-імідж аналіз. Потрібний новий підхід до вивчення флюїдних включень у кварці, бариті й флюориті, який полягає у синтезі онтогенічного методу й докладних досліджень варіацій параметрів флюїдних включень у межах мінеральних агрегатів. На цьому етапі зовсім не досліджений механізм одночасного утворення бариту і флюориту в гідротермальних умовах. Відомо, що барит і флюорит не можуть відкладатись з одного розчину - вони взаємно виключають одне одного, оскільки їхня розчинність дуже мала (Учамейшвили, 1980; Blount, 1977; Richardson, Holland, 1979). Щоб розв'язати цю проблему важливо застосувати числове фізико-хімічне моделювання, яке допоможе з'ясувати особливості зміни параметрів середовища мінералоутворення, механізм і причини мінералоутворювального процесу.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота була виконана у межах держбюджетних науково-дослідних тем Гм 20 Б "Створення мінералого-генетичних моделей гідротермального мінералоутворення" (державний реєстраційний номер 0100U001435), Гм 122 Б "Динаміка мінералоутворення на геохімічних бар'єрах у гідротермальних рудоутворювальних системах" (державний реєстраційний номер 0103U001880), Гм 39 Ф "Фізико-хімічні та онтогенічні моделі в рудоутворюючих системах епітермального, стратиформного та орогенного типів" (державний реєстраційний номер 0106U001278). Автор є одним з виконавців тематичних звітів.

Мета і задачі дослідження. Мета роботи - встановлення динаміки формування золотоносних флюорит-барит-кварцових жил Берегівського рудного поля на підставі онтогенічних досліджень. Щоб досягти поставлену мету автором розв'язано такі основні задачі:

1) вивчено мінеральний склад кварцових жил і з'ясовано вікові взаємовідношення жильних мінералів;

2) створено онтогенічну модель, яка охоплює текстурно-структурні особливості кварцових, флюорит-барит-кварцових агрегатів;

3) досліджено методами термобарогеохімії кварц, барит і флюорит;

4) верифіковано фактологічні, онтогенічні та мінералогенетичні моделі методом числового фізико-хімічного моделювання.

Об'єкт дослідження - флюорит-барит-кварцові агрегати жил Берегівського рудного поля.

Предмет дослідження - онтогенія, структури і текстури агрегатів, внутрішня будова (анатомія) індивідів, газово-рідинні включення, хімічний склад флюориту, бариту і кварцу.

Методи дослідження. Оптична мікроскопія в прохідному світлі (вивчення будови агрегатів та морфології кристалів, виявлення відмінностей між зразками окремих мінералів, з'ясування їхнього вмісту та розподілу; спостереження за формою та розміщенням флюїдних включень у кварці, бариті, флюориті, підбір газово-рідинних включень, придатних для термобарогеохімічних досліджень); оптична мікроскопія у відбитому світлі (дослідження сульфідних мінералів); онтогенічний метод (аналіз анатомії мінеральних індивідів та вікових взаємовідношень між індивідами); растрова електронна мікроскопія і катодолюмінесцентний аналіз (вивчення структур мінеральних агрегатів жил, дослідження внутрішньої будови індивідів та агрегатів, виявлення зональності та секторіальності індивідів); рентґеноспектральний мікрозондовий аналіз (визначення домішкових елементів у бариті та флюориті); рентґеноструктурний аналіз (дослідження карбонатів); ІЧ-спектроскопія (аналіз агрегатів кварцу); дослідження флюїдних включень, виконані методом гомогенізації (визначення температури мінералоутворення за температурою гомогенізації газово-рідинних включень) та кріометрії (визначення складу та солоності розчинів у флюїдних включеннях). Числове фізико-хімічне моделювання здійснено для з'ясування механізму одночасного утворення флюориту і бариту та оцінки параметрів мінералоутворення. Під час моделювання використано програмний пакет CHILLER (Reed, 1982).

Наукова новизна одержаних результатів. Уперше у кварцових жилах виявлено структури розкристалізації гелю кремнезему. На підставі текстурно-структурних ознак досліджуваних агрегатів розвинyта і підтверджена гіпотеза про первинне утворення кварцу з гелю. Вперше за допомогою катодолюмінесцентного аналізу виявлені особливості внутрішньої будови мінеральних агрегатів та індивідів: осциляційна зональність у індивідах флюориту і кварцу, зональність агрегатів кварцу, вибіркове катодолюмінесцентне світіння відмін кварцу, розщеплений ріст індивідів флюориту, на підставі яких описані риси розвитку жильних агрегатів. Одержано нові дані щодо морфології індивідів флюориту. Запропоновано модель утворення орієнтованих структур кварцу, каркасних текстур барит-кварцових агрегатів. Подальшого розвитку набуло дослідження фізико-хімічних параметрів гідротермальних розчинів рудного поля, зокрема, розширені раніше встановлені межі температурного інтервалу утворення флюориту. Вперше за допомогою числового фізико-хімічного моделювання доведено роль змішування розчинів різного складу та температури на геохімічному бар'єрі під час утворення жильних кварцу, флюориту і бариту.

Положення, що захищаються.

1. Флюорит-барит-кварцові агрегати формувались синхронно з золотовмісним парагенезисом (електрум, халькопірит, стибієві та бісмутові сульфосолі міді).

2. Флюорит-барит-кварцові жили утворені внаслідок змішування глибинного розчину та формаційних вод на геохімічному бар'єрі, складеному карбонатними агрегатами.

3. Агрегати флюорит-барит-кварцових жил формувалися в середовищі гелю кремнезему в ході його розкристалізації.

4. Інфільтрація розчинів у жильному середовищі контролювала структурну неоднорідність кварцових агрегатів і зумовлювала неоднорідний перерозподіл золота в межах жил.

Практичне значення одержаних результатів. Досліджені закономірності формування флюорит-барит-кварцової мінералізації, відповідальної за відкладення золота, сприятимуть розумінню процесів функціонування подібних систем епітермального типу, процесу утворення золоторудної мінералізації родовищ цього типу та ефективному проведенню геологорозвідувальних робіт у межах схожих об'єктів Внутрішньокарпатського вулканічного поясу, зокрема, Вишково, Квасово й низки інших. Застосування онтогенічного методу дає змогу схарактеризувати комплекс ознак, використовуючи які можна прогнозувати вміст золота у жильних тілах. Найвищі вмісти золота знаходяться саме в прихованокристалічних агрегатах кварцу, перекристалізовані дрібнозернисті до крупнозернистих друзові відміни агрегатів містять найнижчі концентрації золота. Одержані дані щодо текстурно-структурних характеристик жил дають змогу ґрунтовніше визначити технології вилучення золота та збагачення руди.

Особистий внесок здобувача зводиться до систематизації літературного матеріалу з питань геології, мінералогії та онтогенії кварцових жил епітермальних родовищ, фізико-хімічних особливостей утворення кварцу, флюориту і бариту з гідротермальних розчинів та ґрунтовного аналізу власних результатів мінералогічних, онтогенічних та термобарогеохімічних досліджень. Під керівництвом доцента Л.З. Скакуна здійснено постановку задач та проведено експериментальні дослідження. Автором зібрано та підготовлено зразки для аналізів кварцу, бариту і флюориту, проведено мікроскопічні дослідження, на підставі яких висвітлено основні особливості структури, текстури, морфології та онтогенезу агрегатів вивчених мінералів. Досліджено майже 300 мінералогічних проб з гірничих виробок, майже - 100 з керна свердловин. Вивчено 200 шліфів, 120 аншліфів і 150 плоскопаралельних пластинок мінеральних агрегатів. У флюїдних включеннях виконано заміри температур евтектики і плавлення льоду (по 335 замірів), температури гомогенізації (292 заміри) газово-рідинних включень у флюориті, бариті, кварці. Оброблено й проаналізовано одержані результати. Автором виконано числове моделювання у програмному пакеті CHILLER для перевірки гіпотези про утворення жильних кварцу, флюориту і бариту внаслідок змішування розчинів різного складу і походження на геохімічному бар'єрі.

Апробація результатів дисертації. Результати наукових досліджень оприлюднено на Міжнародній науково-практичній конференції "Проблеми комплексного освоєння гірничодобувних регіонів" (2003, м. Дніпропетровськ); на ІІ Міжнародній науково-практичній конференції "Динаміка наукових досліджень 2003" Дніпропетровськ - Івано-Франківськ - Кривий Ріг (2003); на конференції молодих вчених "Сучасні проблеми геологічної науки" (2003, м. Київ); на V Міжнародному симпозіумі "Минералогические музеи" (2005, м. Санкт-Петербург); на науковій конференції, присвяченій 60-річчю геологічного факультету Львівського національного університету імені Івана Франка "Проблемні питання геологічної освіти та науки на порозі XXI століття" (2005, м. Львів); на VII з'їзді Українського мінералогічного товариства (2006, м. Київ).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 9 праць, з них 5 статей у наукових фахових журналах, 4 тези доповідей міжнародних конференцій; самостійних праць - 7.

Структура та об'єм дисертаційної роботи. Дисертація містить вступ, 7 розділів (75 рисунків, 9 таблиць) та висновки. Ілюстративний матеріал розміщено на 48 сторінках, таблиці на 9 сторінках. Список використаної літератури містить 313 джерел, з яких 152 праці з кириличною графікою і 161 працю з латинською графікою. Загальний обсяг дисертації - 240 машинописних сторінок, текстова частина викладена на 149 сторінках.

Робота виконана під керівництвом завідувача кафедри мінералогії, кандидата геолого-мінералогічних наук, доцента Л.З. Скакуна, якому автор дисертації висловлює глибоку подяку. Ознайомлення з документацією гірничих виробок та підбір первинного матеріалу на Мужієвському родовищі було можливе завдяки доброзичливому ставленню головного геолога Мужієвського рудника В.П. Драчука. Термобарогеохімічні дослідження флюїдних включень було виконано за сприяння доцента І.Т. Бакуменка та старшого наукового співробітника О.Р. Литвиновича. Дослідження за допомогою електронного мікроскопа виконано Р.Я. Серкізом, Б.А. Кіником, Ю.Р. Дацюком. Деякі питання стосовно онтогенії мінеральних агрегатів було обговорено з доцентом І.Т. Бакуменком. Автор висловлює щиру подяку всім, хто допомагав та сприяв виконанню цієї роботи.

Зміст роботи

ФЛЮОРИТ-БАРИТ-КВАРЦОВА МІНЕРАЛІЗАЦІЯ ЕПІТЕРМАЛЬНИХ РОДОВИЩ

Гідротермальні золоторудні родовища епітермального типу утворюються в субаеральних наземних умовах, в ділянках активної діяльності андезит-ріолітового вулканізму (Heald et al., 1987). Епітермальні родовища локалізуються над глибинними порфіровими системами, на віддаленні від магматичного джерела, і виступають як приповерхневий прояв генетично пов'язаних з ними мідно-порфірових родовищ (Heinrich, 2005). Мінливість фізико-хімічних параметрів в епітермальних системах контрольована взаємодією глибинного флюїду з приповерхневими водами, навколишніми породами при гідродинамічному тискові. Відомі два головних типи епітермальних родовищ: адуляр-серицитовий і кислотно-сульфатний. Адуляр-серицитові родовища формуються в майже нейтральних умовах, з низьким окисно-відновним потенціалом середовища, кислотно-сульфатні - в кислих, за високих значень окисно-відновного потенціалу. Обидва типи родовищ досить поширені, і їх розробляють майже на всіх континентах.

Флюорит-барит-кварцова мінералізація на епітермальних родовищах зустрічається часто, проте спосіб і причини одночасного утворення таких поширених жильних мінералів залишаються не дослідженими. Однозначно відзначають роль змішування гідротермальних розчинів, яке полягає у взаємодії поверхневих розчинів (метеорних, формаційних) між собою та з глибинними (магматичними) розчинами.

ГЕОЛОГІЧНА ХАРАКТЕРИСТИКА РАЙОНУ ДОСЛІДЖЕНЬ

Берегівське рудне поле входить до складу Берегівського рудного району, який розташований у межах Внутрішньокарпатського вулканічного поясу, розміщеного у тиловій частині Карпатського орогену на периферії Паннонського серединного масиву. Разом із подібними золоторудними районами Словаччини, Угорщини й Румунії він входить до єдиної металогенічної провінції епітермальних золоторудних родовищ (Науменко, 1974). Будову Берегiвського рудного поля визначає Берегiвська вулканiчна структура, яка на сходi межує з Куклянським горстом. Стратиграфічний розріз представлений трьома пачками ріолітових туфів, які розділені двома горизонтами вулканогенно-осадових порід. Нижня туфова товща залягає на тріас-юрських відкладах фундаменту і перекривається піскувато-аргілітовими породами нижньої осадової товщі. Кальдера виповнена ріолітовими туфами середньої туфової товщі, на якій залягає осадово-вулканогенна верхня осадова товща, утворення якої пов'язане з існуванням кальдерного озера. Верхня осадова товща перекрита породами верхньої туфової товщі.

МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ

Головну увагу було сконцентровано на мінералогічних дослідженнях, з'ясуванні послідовності відкладення жильних мінералів та вивченні текстурних і структурних особливостей жил. Фізико-хімічні дані щодо умов утворення мінералів отримані за допомогою дослідження флюїдних включень. Фактологічна частина досліджень покладена в основу числового фізико-хімічного моделювання процесів мінералоутворення, яке виконане в програмному пакеті CHILLER (Reed, 1982). Цей пакет, в якому пов'язано серію обчислень для заданих змін загального складу системи (температури, тиску), дає змогу створити фізико-хімічну модель динамічних геохімічних процесів.

Під час вибору методів дослідження головну увагу приділено онтогенетичному методу мінералогії, зміст якого полягає в аналізі анатомії мінеральних індивідів та вікових взаємовідносин між індивідами з метою встановлення кристалізаційної історії мінеральних агрегатів і мінеральних тіл (Юшкин, 1985). Вивчали розподіл центрів зародження індивідів і межі між ними, елементи анатомії й морфології індивідів, структури і текстури агрегатів. Реконструкцію мінералоутворювальних процесів було здійснено, зокрема, катодолюмінесцентним аналізом (аналітики Р.Я. Серкіз, Б.А. Кіник, Ю.Р. Дацюк), який дає змогу виявляти будову індивідів та агрегатів (приховану зональність), не доступну для дослідження за допомогою інших аналітичних методів.

Кріометричний аналіз було виконано в кріокамері, яку сконструювали А.А. Томіленко і Н.Ю. Осоргін (1990). Точність визначення температури евтектики, кінцевої температури плавлення льоду становить ±0,2°С. Гомогенізацію газово-рідинних включень проводили в термокамері, яку сконструював В.А. Кормушин (1982). Точність визначення температури гомогенізації ±5,0°С.

МІНЕРАЛЬНИЙ СКЛАД ТА ОСОБЛИВОСТІ БУДОВИ РУДНИХ ТІЛ

Мінеральний склад рудних тіл Берегівського рудного поля загалом відповідає мінеральному складові рудних тіл епітермальних родовищ адуляр-серицитового типу. Рудні тіла рудного поля та їхні окремі частини подекуди сильно відрізняються між собою за мінеральним складом. В усіх жильних тілах наявні ділянки, складені сульфідами, сульфідами з кварцом, кварцом з баритом та карбонатами. Серед сульфідів переважають пірит, сфалерит і галеніт, головним нерудним мінералом є кварц. Карбонати і барит поширені, проте об'ємний відсоток жильного виповнення, який вони займають, малий. Флюорит - рідкісний мінерал рудних тіл. Руди кварц-каолініт-ґетитового складу переважають у штокверкових тілах.

Жильна мінералізація сформована в чотири стадії (Скакун, 1994): сульфідну, кварц-баритову, карбонат-кварцову, карбонат-ґетитову. На початок другої, кварц-баритової стадії припадає головний етап формування золотого зруденіння. Під час кварц-баритової стадії формувалась зональна колонка, фронтальна частина якої поширена тільки в сульфідних агрегатах. Їй відповідає парагенезис бурноніт + тетраедрит + електрум + халькопірит + кварц. Залізистий сфалерит, утворений під час сульфідної стадії, взаємодіючи з розчинами лужного складу, перекристалізовувався у мало залізисту відміну, а звільнене залізо потрапляло в новоутворений пірит. При цьому руйнувалися гідросульфідні комплекси золота, в яких воно переносилося, і метал осаджувався або у вигляді електруму, або ж у складі арсенвмісного піриту. Парагенезис, що формувався у цей час завдяки взаємодії розчинів із сульфідними агрегатами, представлений халькопіритом, піритом, арсенопіритом, низькозалізистим сфалеритом, сульфосолями бісмуту, бляклою рудою (Бірук та ін., 1999). Тилова зона переважно складена прихованокристалічним кварцом. У сульфідних агрегатах тонкі кварцові прожилки з облямівками халькопіриту перетинають сфалерит. На тлі зростання кислотності розчинів головний період осадження золота замінювався етапом активної кристалізації халькопіриту й масового осадження кремнезему. Пірит перекристалізовувся, з нього виносився арсен. Знищення і трансформація головних мінералів-носіїв золота ініціювали знищення розчиненого золота з піриту й осадження його на контактах новоутвореного піриту з іншими мінералами, укрупнення золотин із похованням їх у прихованокристалічному кварці. Осадження електруму відбувалось у фронті розвитку агрегативного халькопіриту. З просуванням цієї зони золото витіснялося з тилової частини у фронтальну, що привело до утворення первинних ділянок концентрації металу в сульфідних агрегатах. Саме ці сульфідні ділянки були джерелом золота для більшості пізніше сформованих кварцових, кварц-гематитових, кварц-каолінітових рудних тіл.

У тиловій частині зональної колонки, яка представлена прихованокристалічним кварцом, можуть знаходитись барит і флюорит. Індивіди бариту локалізувались у звивистих зонах, переважно, у центральних ділянках жил. Флюорит концентрувався у зальбандах та ріс у напрямі від краю жили до центру.

Золоторудні тіла за мінеральним складом, структурною позицією і морфологією поділяють на три головні типи (Скакун, 1999): 1) штокверкові золоторудні тіла, які знаходяться в межах верхнього туфового і верхнього осадового горизонту; 2) жильні тіла, поширені у виповненні еруптивної трубки в межах східного бортового клину, або ж, зрідка, в породах рами (переважно в нижній осадовій товщі); 3) золото-поліметалеві прожилково-вкраплені руди.

Сульфідна мінералізація розвинена у південних (VI, VIII, Х) рудних тілах. Інтенсивність розвитку кварцу в межах родовища зростає в напрямку на північ і північний схід (від південних VI і VIII рудних тіл через XII і XV рудні тіла до північних XIX, XVI, XXIII рудних тіл), а в межах окремих рудних тіл підпорядковується структурі фільтраційних зон. Баритова мінералізація розвинута часто по периферії кварцових жил у вигляді вузької смуги. Впоперек цієї смуги інтенсивність баритової мінералізації змінюється і досягає максимуму в центральнiй частині. Подібна закономірність простежується у поперечних перетинах кварц-баритових жил. Флюоритова мінералізація поширена у вузькій смузі, що вміщує жильні тіла і прожилкові зони XVІ, XXIII рудних тіл, переважно, на верхніх горизонтах.

ОНТОГЕНІЧНІ ДОСЛІДЖЕННЯ ФЛЮОРИТ-БАРИТ-КВАРЦОВИХ АГРЕГАТІВ

Структури і текстури складених кварцом агрегатів представлені такими основними групами: масивні прихованокристалічні; масивні, кавернозні або тичкуваті середньо-, крупнокристалічні; крустифікаційні, друзові, смугасті. Найхарактернішими та найпоширенішими для жильних агрегатів кварцу є зональні, смугасті текстури, у яких переважають ділянки з прихованокристалічним кварцом. Друзові текстури в агрегатах поширені менше, вони виповнюють, зазвичай, порожнини. Переходи між текстурними різновидами кварцу неконтрастні, поступові. Спостережені текстури у кварцових агрегатах не є текстурами послідовного, почергового наростання кварцу від стінок до центру жили.

Вивчення структур і текстур кварцових жил засвідчило, що основний об'єм кварцового виповнення утворений з гелю кремнезему, який метаcоматично заміщував карбонатні жили. Неоднакові режими кристалізації початкового аморфного (гелевого) субстрату привели до формування різних типів агрегатів в об'ємі жили. В агрегатах тонкокристалічного кварцу зустрічаються неоднорідні "паркетоподібні" структури розкристалізації гелю кремнезему що є свідченням кристалізації кварцу в об'ємі, де індивіди формувались у вільному стані. Гель мав неоднакову в'язкість та змінний ступінь флюїдизації. Локальні центри кристалізації у загальній структурі жили розміщувались нерівномірно, а їхнє співвідношення зумовило виникнення неоднорідного, смугастого, зонального розподілу кварцових агрегатів. Перебування приховано- і тонкокристалічних відмін кварцу в переважному об'ємі жильних агрегатів свідчить про домінування застійних ділянок у середовищі кристалізації. Крупнокристалічні друзові агрегати в просторі жили відображають існування каналів фільтрації розчинів у первинному субстраті гелевого матриксу. Такими каналами ставали, насамперед, тріщини синерезису.

Наявність у прихованокристалічному жильному кварці окремих укрупнених індивідів, реліктів коломорфної текстури, полігональних порожнини усихання, значне поширення автодеформаційних явищ в індивідах кварцу - все це ознаки кристалізації кварцу з гелю кремнезему. Одним з доказів гелевої природи кварцу є спектроскопічні дослідження кварцу в інфрачервоній ділянці спектра (Скакун, 1994), які дали змогу виявити наявність у кварці включень кремнекислоти, що містить воду. Максимум поглинання в інтервалі 3620-3690 см-1 пов'язаний з коливанням зв'язків О-Н у сіланольних групах Si-OH (Bertoluzza et al., 1982).

Барит зароджувався в гелі кремнезему і ріс у підвішеному стані. В жильному кварці поширені звивисті смугасті барит-кварцові агрегати, де індивіди бариту повернуті один до одного під різними кутами. У дрібнокристалічних барит-кварцових агрегатах простежуються зіркові або каркасні текстури, складені дрібними індивідами бариту, строго орієнтованих у трьох напрямах. Зіркові текстури є відображенням виникнення точкового центру кристалізації. Паркетоподібні структури кварцу й каркаси бариту - це прояви одного енергетичного явища. Обставини їхнього виникнення пояснюють з позиції електричної взаємодії кристалічних ґраток (Хайретдинов, 1982): дрібні індивіди організовані так, щоб кількість контактів між ними була мінімальною. Вони контактують лише точково - вершинами або ребрами. Каркасні структури бариту в кварці відображають дифузійні явища у в'язкому гелі.

Під час розкристалізації гелю відбулося налипання пухирців на новоутворені індивіди бариту в барит-кварцових агрегатах. Відкриті структури гелю кремнезему здатні містити велику кількість сторонніх речовин і газу (Williamson et al., 2002). Під час розкристалізації кремнеземового гелю у кварц зменшується його об'єм, а несумісні фази відокремлюються до країв зерен (Herrington et al., 1993). Газова фаза, яку утримував гель кремнезему, відштовхувалась на периферію новоутворених індивідів бариту та приєднувалась до їхньої поверхні. Фазові межі "газ-гель", "барит-гель" ставали своєрідними затравочними поверхнями, які суттєво полегшували енергетичні витрати на утворення зародків кварцу.

Передумовою виникнення зароджень жильних флюориту й бариту було гелеутворення кремнезему. Флюорит і барит формувалися в середовищі гелю внаслідок зустрічної дифузії іонів Ba2+ та SO42-, Ca2+ та F-. Кристалізація бариту і флюориту спонукала розкристалізацію гелю. Під час формування індивідів бариту з'являлися перші зародження кварцу, які його обростали. У подальшому барит і кварц росли одночасно, про що свідчить наявність індукційних меж між ними. Флюорит зароджувався у в'язкому гелі кремнезему і ріс початково у вигляді октаедрів. Індивіди флюориту виникали тоді, коли вже існували зародження бариту, а гель кремнезему починав кристалізуватись. З часом октаедричний габітус індивідів флюориту замінювався через перехідні розщеплені форми росту на ізометричний зернистий. У флюориту є поверхня прикріплення, якої немає в індивідів бариту. Індивіди флюориту наростали на новоутворені агрегати кварцу, продовжували рости одночасно з ними, захоплювали раніше утворені індивіди бариту та слугували поверхнею наростання для молодших агрегатів кварцу

Осциляційна зональність, виявлена катодолюмінесцентним аналізом в індивідах кварцу і флюориту, відображає умови кристалізації мінералів у замкненій системі, де нагромадження домішкових елементів відбувалось з часом. Перші зародження кварцу не містять такої кількості домішок, як периферійні ростові зони кварцових індивідів та наймолодші агрегати кварцу. У центральних, ядерних зонах індивідів кварцу катодолюмінесценція відсутня або проявлена слабо, протилежне спостерігається на периферії. Осциляційна зональність в індивідах виникає в разі дифузійного механізму росту, в середовищах з великим дифузійним опором (Merino, 1984). Саме за дифузійного фракціонування склад розчину поблизу фронту росту відрізняється від складу розчину в його об'ємі, а поступова витрата вихідних компонентів приводить до появи зональності (Азимов, 2000).

ДОСЛІДЖЕННЯ ФЛЮЇДНИХ ВКЛЮЧЕНЬ У МІНЕРАЛАХ

Флюїдні включення у мінералах Берегівського рудного поля в різні роки досліджували В.М. Брандибура (1966), Б.В. Заціха (1989), З.І. Ковалишин зі співавт. (1976), З.І. Ковалишин, М.Д. Братусь (1984), Е.Л. Платонова зі співавт. (1978), М.О. Вітик (1994), Б.Г. Ремешило (1985, 1991), Л.З. Скакун (1991, 1994). Ми зосередили увагу на дослідженні флюїдних включень у кварці, бариті й флюориті.

З метою визначення хімічного складу мінералоутворювальних розчинів і температури утворення досліджуваного парагенезису використано методи гомогенізації та кріометрії. Флюїдні включення спочатку виявляли під збільшенням, реєстрували їхнє розміщення, походження, розмір, тип, визначали їхні просторові, часові, текстурні та фазові співвідношення. Критерії первинності-вторинності включень визначали за генетичною класифікацією Ю.О. Долгова (1979).

За результатами досліджень загальний діапазон коливань температури гомогенізації флюїдних включень досліджуваних мінералів становить 170-230 °С. Солоність флюїдів включень змінюється у межах 0-12,4 мас. % NaCl-екв. Температури евтектики відтаювання флюїдів включень кварцу коливаються у межах (-38,0)-(-10,6) °С. Результати дослідження флюїдних включень подано в табл. 1.

Іонний склад розчинів у включеннях у кварці, за встановленими температурами евтектики, відповідає наявності катіонів Na+, К+, Fe2+, Fe3+, NH4+, аніонів Cl-, SO42-, CO32-. У складі розчинів флюїдних включень у бариті виявлені катіони Na+, К+, NH4+ та аніони Cl-, SO42-, CO32-. За температурами евтектики компонентний склад водно-сольових систем розчинів включень флюориту характеризується наявністю катіонів Na+, К+, Fe2+, Fe3+, NH4+ та аніонів Cl-, SO42-, CO32-.

В утворенні жильних флюориту, бариту і кварцу значну роль відігравало змішування розчинів різного походження та хімічного складу. Достовірність змішування розчинів доведено аналізом газового складу (Витык и др., 1992), ізотопних даних щодо складу води й вуглецю СО 2 (Vityk et al., 1994), розподілу температури гомогенізації й солоності розчинів у флюїдних включеннях мінералів. Ми підтверджуємо висновок, який зробив M.O. Вітик зі співавт. (1994), про наявність у палеогідротермальній системі розчинів трьох типів, характеристику яких наведена в табл. 2.

Таблиця 1

Параметри флюїдних включень досліджуваних мінералів

Таблиця 2

Параметри мінералоутворювальних флюїдів

* - за евтектикою включень сфалериту (Скакун, 1994).

Якщо на діаграмі залежності температури гомогенізації від солоності включень мінералу колами умовно позначити розчини різного походження і з'єднати їх лініями, то можна простежити тенденції змішування флюїдів у системі мінералоутворення

Припустимо, глибинний високотемпературний розчин відповідає значенням температури 230 °С і солоності 4-5 мас. % NaCl-екв., води метеорного походження з "низькою" температурою (170 °С) мають знижену концентрацію солей 0-2 мас. % NaCl-екв., а формаційні води характеризуються проміжними значеннями температури (190-200 єС) і підвищеною солоністю 12,5 мас. % NaCl-екв. На діаграмі змішування, побудованій за цими трьома точками, більшість результатів вимірювань включень у кварці вкладається у межі трикутника, незначна їхня частина з солоністю 0 мас. % NaCl-екв. залишається поза межами трикутника. Переважна кількість значень розміщена біля ребра трикутника, яке відповідає змішуванню розчинів метеорного і глибинного походження. Подібна закономірність простежується і для флюїдних включень у бариті більша частина значень солоності дорівнює нулеві. Дещо інша картина спостерігається на діаграмі флюориту окрім глибинного і метеорного розчинів на результат змішування тут впливає і формаційний розчин. Водночас, як і у випадку з кварцом і баритом, основна частина виміряних значень для флюориту концентрується поблизу лінії метеорна вода-глибинний розчин, а з нульовою солоністю значень мало.

Отже, за допомогою термометричних досліджень флюїдних включень виявлено, що на утворення кварцу, бариту і флюориту переважно впливало змішування метеорних і глибинних вод. Ефект змішування розчинів простежується на різних рівнях - у масштабах палеосистеми рудного поля, на рівні асоціацій мінералів, окремих мінералів та індивідів.

МОДЕЛЬ ФОРМУВАННЯ ФЛЮОРИТ-БАРИТ-КВАРЦОВИХ ЖИЛ

Гель кремнезему, з якого кристалізувався кварц, утворювався внаслідок реакції змішування глибинного розчину з приповерхневим водами на геохімічному бар'єрі, представленому карбонатними агрегатами. Під час числового моделювання ми перевіряли гіпотезу про утворення кварцу на двосторонньому геохімічному бар'єрі, складеному карбонатами, до якого з різних боків рухались розчини глибинного та приповерхневого походження. Приповерхневі - формаційні розчини - це розчини, що були поховані в осадових відкладах кальдерного озера. За ізотопними даними виявлено (Vityk et al., 1994), що глибинний розчин - це метеорний розчин глибинної циркуляції, врівноважений з ріолітовими туфами. Параметри модельних розчинів ґрунтувалися на результатах вивчення флюїдних включень і були задані відповідно до результатів дослідження мінеральних парагенезисів у жильних тілах родовища.

За допомогою числового моделювання доведено, що карбонатні жили справді слугували геохімічним бар'єром для осадження кварцу. Глибинний розчин під час висхідного руху врівноважувався з ріолітовими туфами, і кислотність його набувала нейтрального значення. При взаємодії з карбонатами розчин ставав лужним, концентрація кремнезему у ньому різко зростала. За умов надходження приповерхневих кисліших та холодних вод між цими розчинами відбувалась реакція змішування, загальне рН знижувалось, що створювало сприятливі умови для осадження кварцу. Золото у вигляді гідросульфідних комплексів переносилося глибинними розчинами разом з розчиненим кремнеземом. Формування жильного кварцу відбувалося в умовах, сприятливих для дестабілізації комплексів Au(HS)2- та осадження золота.

Утворення бариту і флюориту було результатом змішування глибинного розчину, який містив іони барію і фтору, та формаційного розчину, збагаченого кальцієм і сульфат-іоном. Бариту і флюориту притаманна низька розчинність, і вони не можуть відкладатись з одного розчину. Тобто, вони взаємно виключають один одного, й одночасне формування цього парагенезису з одного розчину неможливе. За допомогою числового моделювання перевірено гіпотезу утворення флюориту і бариту в кварцових жилах, як результату змішування глибинного флюїду, що переносив іони Ba2+ і F-, та формаційного розчину, насиченого іонами Ca2+ і SO42-. Вибираючи початкові концентрації для модельних розчинів, ми орієнтувалися на дані у працях (Рыженко, 1981) для іонів Ba2+, Ca2+, F- і (Хэнор, 1982) для іона SO42-. Кількість молів осаджених мінералів залежить від початкових концентрацій мінералоутворювальних іонів. Числове моделювання успішно підтвердило наше припущення про утворення мінералів унаслідок змішування розчинів.

Розчини, які рухались крізь середовище гелю, впливали на ступінь в'язкості гелю кремнезему. Вони розчиняли гель, сприяли перекристалізації агрегатів кварцу, тобто брали безпосередню участь у формуванні текстур і структур жильних агрегатів. Під час перекристалізації прихованокристалічного кварцу золото виносилося з ділянок первинного осадження, що фіксують за пониженням концентрації золота у перекристалізованих агрегатах кварцу (Скакун, 1994).

Результатом розчинення гелю була кристалізація прозорих відмін кварцу. За умов взаємодії іонів Ba2+ та SO42-, Ca2+ та F- на тлі зростання охолодження флюїдів та перенасичення щодо BaSO4 і CaF2 відбувалось утворення зародків та ріст бариту і флюориту. Відкладення мінералів, своєю чергою, викликало зміну хімічних потенціалів системи та виникнення нових зустрічних дифузійних потоків елементів, з яких кристалізувались барит і флюорит. Розчинення гелю та кристалізація кварцу повторювалось. За достатнього для кристалізації перенасичення осаджувались флюорит і барит. Ритмічна кристалізація кварцу, бариту та флюориту приводила до утворення ритмічної зональності в жилах. У разі припинення надходження глибинного флюїду зростав ступінь полімеризації кремнекислоти, формувався колоїд, який перетворювався у гель. В'язкість середовища гелю кремнезему збільшувалась. Флюорит відповідав на це швидким розщепленим, блоковим ростом, який у подальшому змінювався зональним. Отже, перенесення речовини в гідротермальній системі відбувалось за допомогою істинних розчинів, змішування яких формувало колоїд, що перетворювався у гель. Флюорит і барит кристалізувались за дифузійним механізмом у в'язкому середовищі гелю кремнезему. Під час старіння гель розмежовувався на окремі ділянки, які характеризувались відмінним режимом інфільтрації. Тріщини синерезису в жильному середовищі ставали фільтраційними каналами, по яких відбувались рух розчинів, що розчиняли гель та виносили золото. Золото переносилось та осаджувалось на ділянки поширення сульфідних агрегатів (насамперед, на залізистий сфалерит). За відсутності сульфідів золото виносилось на верхні горизонти, де осаджувалось у складі штокверкових руд.

Висновки

1. Флюорит-барит-кварцові агрегати формувались синхронно з золотовмісним парагенезисом (електрум, халькопірит, стибієві та бісмутові сульфосолі міді). На початок стадії припадає основний етап утворення золотого зруденіння. У кварц-баритову стадію формувалась зональна колонка, фронтальна частина якої поширена тільки в сульфідних агрегатах і складена бурнонітом, тетраедритом, електрумом і халькопіритом, тилова зона представлена прихованокристалічним кварцом з баритом і флюоритом. Осадження золота відбувалось у фронті зони формування агрегатів халькопіриту, який разом із кварцом утворював січні прожилки у сфалерит-галенітових агрегатах, що утворилися в першу сульфідну стадію. З просуванням цієї зони золото витіснялося з тилових частин у фронтальну, що привело до формування первинних ділянок концентрації золота в сульфідних агрегатах.

2. Флюорит-барит-кварцові жили утворені внаслідок змішування глибинного розчину та формаційних вод на геохімічному бар'єрі, складеному карбонатними агрегатами. В роботі підтверджено висновок, який було зроблено у праці (Vityk, Krouse, Skakun, 1994), про наявність у палеогідротермальній системі трьох розчинів. Склад розчинів реконструйовано на підставі термобарогеохімічних, ізотопно-геохімічних досліджень, які слугували основою для числового фізико-хімічного моделювання процесів мінералоутворення. Числовим моделюванням доведено, що кварц утворений на геохімічному бар'єрі внаслідок змішування розчинів. Взаємодіючи з карбонатами, глибинний розчин ставав лужним, концентрація кремнезему в ньому різко зростала. За умов надходження приповерхневих кисліших та холодних вод розчини взаємодіяли між собою, загальне рН зменшувалось. Це створювало сприятливі умови для різкого перенасичення розчину кремнеземом та руйнування гідросульфідних комплексів золота, в яких воно переносилось. Золото осаджувалось разом з кварцом. Барит і флюорит формувались унаслідок змішування глибинного флюїду, який переносив іони Ba2+ і F-, та формаційного розчину, насиченого іонами Ca2+ і SO42-.

3. Агрегати флюорит-барит-кварцових жил формувалися в середовищі гелю кремнезему в ході його розкристалізації. Про формування кварцу з гелю свідчать: переважання в жильному об'ємі прихованокристалічних структур, релікти коломорфної текстури, полігональні порожнини усихання, наявність окремих укрупнених індивідів у масі прихованокристалічного кварцу, поширення автодеформаційних явищ в індивідах кварцу, налипання газових пухирців на індивіди бариту, осциляційна зональність кварцу і флюориту, виявлена катодолюмінесцентним аналізом. Колоїдальна система своїм виникненням завдячувала реакції на геохімічному бар'єрі. Утворення кварцу відбувалося завдяки розкристалізації гелю кремнезему, який у своєму об'ємі володів неоднаковою в'язкістю, тріщинуватістю та змінним ступенем флюїдизації. Відмінні режими кристалізації початкового аморфного (гелевого) субстрату привели до формування різних типів агрегатів в об'ємі жили. Наявність прихованокристалічних і тонкокристалічних відмін кварцу в переважному об'ємі жильних агрегатів свідчить про домінування в середовищі кристалізації застійних ділянок. Індивіди флюориту і бариту зароджувались в масі в'язкого гелю та росли завдяки дифузійному механізмові росту. Першим зароджувався барит, флюорит дещо запізнювався. Кристалізація бариту і флюориту спонукала кристалізацію кварцу, який підпорядковував орієнтацію своїх індивідів орієнтації індивідів флюориту й бариту. Надалі всі три мінерали росли одночасно.

4. Інфільтрація розчинів у жильному середовищі контролювала структурну неоднорідність кварцових агрегатів і зумовлювала неоднорідний перерозподіл золота в межах жил. Наявність друзових агрегатів у просторі жили є відображенням існування каналів фільтрації гідротермальних розчинів у первинному субстраті гелевого матриксу. Друзові крупнокристалічні утворення, складені прозорими індивідами, кристалізувались з істинних розчинів, які взаємодіяли з гелем та розчиняли його. У перекриталізованих відмінах кварцу концентрації золота найменші тому, що золото було винесене під час розчинення прихованокристалічного кварцу. Золото перевідкладалося на інших геохімічних бар'єрах з формуванням кварц-каолініт-ґетитових і каолiніт-дикітових руд штокверкового типу на верхніх горизонтах рудного поля.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Словотенко Н.О. Вплив змішування гідротермальних розчинів на формування флюориту і бариту в кварцових жилах Мужієвського родовища // Геол.-мінерал. вісник. - 2003. - № 1(9). - С. 90-93.

2. Словотенко Н.О., Скакун Л.З. Механізм утворення флюориту і бариту кварцових жил Мужієвського поліметалевого родовища // Наук. вісн. Нац. гірничого ун-ту. - 2003. - № 12. - С. 37-40. (Автор проаналізувала та узагальнила літературні джерела, виконала числове фізико-хімічне моделювання, брала участь в аналізі даних та їхньому обговоренні, підготувала до друку статтю).