39

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

доктора геолого-минералогических наук

Минералогия оруденения мезо-кайнозойских отложений Восточного Кавказа

Специальность 25.00.05 - Минералогия, кристаллография

Черкашин Василий Иванович

Казань - 2007

Работа выполнена в Институте геологии Дагестанского научного центра Российской академии наук

Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук, профессор Анатолий Иосифович Бахтин

доктор геолого-минералогических наук, профессор Илья Александрович Богуш

доктор геолого-минералогических наук Вадим Фоатович Шарафутдинов

Ведущая организация Геологический институт Российской академии наук (ГИН РАН)

Защита состоится "30" мая 2007 г. в 14⁰⁰ на заседании диссертационного совета Д.212.081.09 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора геолого-минералогических наук при Казанском государственном университете по адресу:

г. Казань, ул. Кремлевская, д.4/5, геологический факультет КГУ, ауд.211.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке им.Н.И. Лобачевского Казанского государственного университета.

Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, просим присылать по адресу: 420008, Казань, ул. Кремлевская, 18, КГУ, служба аттестации научных кадров.

Автореферат разослан " " апреля 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор геолого-минералогических наук, доцент Р.Р. Хасанов

Общая характеристика работы

Введение. Установленные промышленные колчеданно-полиметаллические месторождения в последней трети ХХ века на Восточном Кавказе - Филизчай, Кацдаг (Азербайджан), Кизил-Дере (Дагестан) и целый ряд проявлений и рудных полей позволили выделить Восточно-Кавказскую колчеданоносную провинцию, наиболее перспективную на Северном Кавказе.

Актуальность проблемы. Но, несмотря на вышесказанное, месторождения зоны в целом и месторождение Кизил-Дере в Дагестане, в сферу хозяйственной деятельности не вовлечены. Основной причиной создавшегося положения является удаленность месторождения от мест металлургической переработки, что сказывается на экономических показателях получаемой продукции. Дальнейшее изучение региона и проведение поисково-разведочных работ должно быть направлено на установление новых промышленных объектов для увеличения минерально-сырьевой базы цветных металлов в республике. Только в этом случае возможно вовлечение разведанных запасов цветных металлов в экономику региона, что значительно улучшит ее структуру. В настоящее время ощущается дефицит перспективных объектов на проведение поисковых работ.

Выявление колчеданоносной зоны Восточного Кавказа произошло благодаря обоснованию возможности образования колчеданных гидротермально-осадочных руд, связанных с процессами формирования лейас-ааленского рифтогенного прогиба в условиях умеренного растяжения и утончения континентальной коры.

Внедрение в производство геологических исследований нового нетрадиционного подхода (благодаря работам академика В.И. Смирнова, член-корр. Г.А. Твалчрелидзе и д. г. - м. н.В.Б. Черницина и др.) привело к открытию колчеданно-полиметаллических месторождений Большого Кавказа, включая и месторождение Кизил-Дере. Сейчас нами предлагается также использовать новый подход в поисках месторождений (хотя и основывается он на прежних геотектонических представлениях) - минералого-геохимическом изучении терригенных, аутигенных образований, минералов. Это даст дополнительные представления о рудномагматическом процессе юго-восточной части (Дагестанской) Самуро-Белореченской металлогенической зоны и обоснование перспективных объектов на поиски колчеданных руд. А на сочленении Кавказского орогена с Терско-Каспийским передовым прогибом (активизированной части Восточно-Европейской платформы) на основе изучения терригенной минералогии тяжелой фракции шлихов в породах мезо-кайнозоя, в отложениях чокрака-карагана устанавливается Восточнокавказская подзона Северо-Кавказской провинции титано-циркониевых россыпей.

Цель и основные задачи исследований. Работа посвящена установлению распространенности терригенных, аутигенных образований, содержащих сульфиды, и минералов тяжелой фракции шлихов пород мезо-кайнозоя (юра - современные осадки шельфа Каспия) и отражение их - в колчеданных, жильных кварц-сульфидных металлогенических провинциях осевой части мегантиклинория Восточного Кавказа и россыпеобразующей провинции региона в мезо-кайнозойских отложениях. Достижению поставленной цели способствовало решение ряда конкретных задач. Основные из них:

1. Изучение распространенности терригенных, аутигенных образований и минералов - рудокластов, петрокластов в провинции с колчеданным оруденением (нижняя-средняя юра), их соотношение с вмещающими породами, месторождениями и рудопроявлениями.

2. Изучение геохимических особенностей минералов, входящих в состав отмеченных минеральных образований и руд территории - сульфидов, кварца, карбонатов.

3. Определение генезиса минералов терригенных и аутигенных образований и их значение для металлогенических зон территории.

4. Изучение распространенности терригенных минералов тяжелой фракции, составляющих полезные компоненты (циркон, рутил, ильменит, лейкоксен) титано-циркониевых россыпей, в породах мезо-кайнозоя.

5. Определение минералого-геохимических особенностей терригенных и аутигенных образований, благоприятных для проведения дальнейших тематических и поисково-оценочных работ на колчеданные руды и титано-циркониевые россыпи на Восточном Кавказе.

Научная новизна. В диссертационной работе впервые сведена информация о минералого-геохимических особенностях сульфидов гидротермально-осадочного (колчеданного), осадочно-диагенетического и жильного кварц-сульфидного оруденения. Впервые детально изучены рудо-, петрокласты и кварцевые гальки внутриформационных конгломератов. Для сопоставления с ними изучались минералы месторождений и рудопроявлений колчеданно-полиметаллической и жильной кварц-сульфидной формации. При этом впервые изучены: изотопный состав серы различных сульфидных образований Курушского рудного поля, рентгеноструктурные особенности и определение б>в перехода кварца и отношение изотопов аргона (36/40); изотопный состав углерода углекислоты карбонатных образований и газово-жидких включений (ГЖВ); газовый состав ГЖВ минералов различного генезиса.

Автором установлены и детально изучены рудокласты верхнего тоара, горизонт конкреций, септарий с сульфидами полиметаллов нижнего аалена: обосновано гидротермально-осадочное образование непромышленного месторождения Скалистое, отнесенное предшественниками к жильному гидротермальному типу.

Проведенные минералого-геохимические исследования совместно с полученными геологическими данными позволили впервые обосновать наличие верхнетоар-нижнеааленского рудоносного уровня и связанные с ним перспективы поисков колчеданно-полиметаллических руд. На основании обобщения материалов и данных полевых исследований по минералам тяжелой фракции впервые сделаны выводы о широком распространении минералов титано-циркониевых россыпей в плане и по вертикали прибрежно-морских рыхлых отложений и возможности установления Восточно-кавказской подпровинции титано-циркониевых россыпей.

Впервые установлена окисная железо-марганцевая минерализация на Курушском рудном поле - восточном окончании Самуро-Белореченской металлогенической зоны. Это один из показателей гидротермально-осадочного рудообразования по данным современных рифтовых зон (Красное море, Атлантика); установлено видимое золото, серебро в песчано-кварцевых толщах карагана, чокрака совместно с минералами тяжелой фракции, составляющими компонентами титано-циркониевых россыпей.

Теоретическая и практическая значимость. Разработаны новые минералого-геохимические методологические подходы в изучении колчеданных руд с использованием геохимии элементов - примесей, изотопного состава химических элементов входящих в состав рудной минерализации, рентгеноструктурные показатели минералов, обычных петрографо-минераграфичес-ких исследований, изучение внутриформационных конгломератов и материала их слагающего, конкреций и сопоставления всех этих образований с рудным процессом. Все это может быть использовано при детальных структурно-геологических, геодинамических работах и картировании.

Предложены рекомендации по проведению минералогических, металлогенических исследований на территории Горного Дагестана, с применением поискового бурения и поверхностных горных работ на Курушском рудном поле. В приморской низменности и Предгорном Дагестане рекомендуется изучение терригенной минералогии тяжелой фракции и проведение поисково-оценочных работ на титано-циркониевые россыпи.

Основные защищаемые положения.

1. В юрской терригенной формации Восточного Кавказа в зонах локализации полиметаллических провинций выявлено широкое развитие различных морфологических и генетических типов сульфидной минерализации, связанных с обломочными и осадочно-диагенетическими образованиями: рудокласты колчеданно-полиметаллических залежей и ассоциирующие с ними обломки кварца, петрокласты эффузивных и интрузивных пород установлены во внутриформационных конгломератах региона (тоар-аален); конкреции с сульфидами железа, полиметаллов и их рассеянные формы - в песчано-глинистых породах. Это позволяет выделить в регионе верхнетоар нижнеааленский уровень с тремя стратиграфическими горизонтами, содержащие различные морфогенетические проявления сульфидных минералов (Fe, Pb, Zn,Cu) гидротермально-осадочного генезиса.

2. На основе изучения геохимии элементов-примесей, изотопии S, C, Ar газовой фазы ГЖВ в минералах, рентгеноструктурных показателей кварца различных образований определены типоморфные особенности минералов. Результаты этих исследований наряду с геологическими данными - положением рудокластов во вмещающих внутриформационных конгломератах, соотношение их между собой и другим кластическим материалом, сопоставления с рудными телами колчеданных и жильных кварц-сульфидных руд позволило обосновать гидротермально-осадочное происхождение сульфидов осадочно-диагенетических и терригенных образований. Разработана новая минералого-геохимическая методика прогноза колчеданно-полиметаллического оруденения терригенно-сланцевых формаций прослеживанием ореолов рассеяния терригенной, минеральной и геохимической составляющих руд.

3. На основе минералогических и физико-химических исследований установлен новый тип минерализации среди жильных кварц-сульфидных образований восточной (Дагестанской) части Самуро-Белореченской металлогенической зоны - окисного железо-марганцевого (ЖМО) состава, а также пропластки (корки) аналогичного состава в аргиллитах. Минерализация этого типа также может рассматриваться как свидетельство гидротермально-осадочного минералообразования.

4. Анализ распространения терригенных и осадочно-диагенетических сульфидных образований и минералов показал, что рудо - и петрокласты, конкреции с сульфидами железа и полиметаллов приурочены к очагам гидротермально-осадочных процессов (зонам разгрузки гидротермальных растворов на морском дне). Осадочно-диагенетические сульфиды полиметаллов и терригенный пирит за пределами металлогенических зон встречаются в единичных случаях. Они имеют только минералогический интерес. Рассеянные осадочно-диагенетические пириты развиты также и за пределами рудных провинций (от юры до неогена), их распространение контролируется средой седиментогенеза, а количество нигде не достигает значительных концентраций.

Терригенные минералы тяжелой фракции, устойчивые к физико-химическому выветриванию, среди которых преобладают полезные компоненты титано-циркониевых россыпей (ильменит, циркон, рутил, лейкоксен) от нижней юры и до современных осадков Каспия отмечаются стабильно. Особенности распространения этих минералов, их концентрации и степень литификации вмещающих пород позволяют прогнозировать наличие титано-циркониевых россыпей в чокрак-караганских отложениях Восточного Кавказа, аналогичных промышленным россыпям Ставрополья (месторождение Бешпагирское и др.)

Публикации и апробация работы. Основные положения диссертационной работы опубликованы автором в монографии "Гидротермально-осадочные, аутигенные и терригенные минералы тяжелой фракции юрских флишоидов и металлогения Восточного Кавказа", 41 статьях (в том числе в журналах "Доклады АН СССР" "Доклады РАН", "Известия АН СССР", "Минералогический журнал", "Литология и полезные ископаемые", "Clay and Clay Minerals", "Вестник ДНЦ РАН", Труды ИГ ДНЦ РАН") и тезисах. Результаты работы и основные положения диссертационной работы доложены на Всесоюзном совещании (Алма-Ата, 1985), Х Всесоюзном совещании по рентгенографии минерального сырья (Тбилиси, 1986), Всесоюзном совещании "Литогенез и рудообразование" (Москва, 1986), Научной сессии Даг. ФАН СССР "Естественные науки" (Махачкала, 1988), Всесоюзном совещании (Новосибирск, 1988), Всесоюзном совещании (Свердловск, 1989), II региональной конференции "Химики Северного Кавказа народному хозяйству" (1989), Всесоюзном совещании (Москва, 1991), Всесоюзном совещании (Ессентуки, 1992), Международном совещании "275 лет РАН и 50 лет ДНЦ РАН" (Махачкала, 1999), XIY Международном совещании по рентгенографии минерального сырья (С. - Петербург, 1999), I Российской конференции по изотопной геохронологии (Москва, 2000), XYI симпозиуме по геохимии изотопов (ГЕОХИ, Москва, 2001), XXIII Российской школе по проблемам науки и технологий (Екатеринбург, 2003), Конференции "Новые идеи в науке о Земле" (МГРИ, Москва, 2003), Международном семинаре "Кварц, кремнезем" (Сыктывкар, 2004), Международном совещании "Спектроскопия, рентгенография и кристаллохимия минералов" (Казань 2005), XII Межд. совещ. по геологии россыпей и месторождений кор выветривания. (Пермь 2005), XII Международным симпозиуме JAGOD., Москва - 2006 г., Рабочем совещании ИГЕМ РАН, Москва - 2006 г.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, восьми глав и заключения, изложенных на 317 страницах, включая 60 рисунков и фотографий и 44 таблицы. Библиографический список включает 358 наименований.

Представленная работа выполнена в Институте геологии Дагестанского научного центра РАН. В процессе работы над диссертацией автор пользовался советами и консультациями академиков Д.В. Рундквиста, Ю.Г. Леонова; докторов наук В.А. Дрица, Ю.О. Гаврилова, И.М. Симановича, М.Б. Бородаевской, М.П. Исаенко, А.Г. Твалчрелидзе, Д.В. Аревадзе, А.М. Магомедова, М.К. Курбанова, Д.Г. Осика; кандидатов геолого-минералогических наук В.У. Мацапулина, А.С. Букина, Б.А. Сахарова, С.И. Ципурского, А.Л. Салынь, М.А. Петровой, Т.Г. Жгенти, М.Е. Слинько, Г.К. Керимова, Г.Г. Бунина.

Геологи В.П. Карнаухов, А.И. Гусев, Н.Т. Романов, А.П. Мигура, В.Н. Коржов А.Р. Юсупов, И.О. Гаргацев, А.А. Гусейнов оказывали помощь в сборе фактического материала, за что автор выражает им искреннюю признательность.

Автор выражает глубокую благодарность за проведение аналитических исследований в разные годы М.И. Кучеру, Н.М. Заири, Л.П. Носику, В.Г. Рылову, Ш.А. Магомедову, Г.В. Карповой, Е. Покровской, Н. Горьковой.

Д.А. Мирзоев, А. С-Ш. Батырмурзаев содействовали в проведении аналитических исследований, руководство Дагестанской геологической экспедиции - Б.Н. Магдиев, А.Х. Магомедов оказывали помощь при проведении полевых работ.

Всем названным ученым и специалистам, коллегам по работе автор выражает искреннюю признательность и благодарность.

Содержание работы

Глава 1. Краткая геологическая и металлогеническая характеристика

Восточного Кавказа

Геологическое строение региона освещено работами В.Г. Голубятникова, В.Д. Дробышева, Б.П. Лучникова, В.А. Мельникова.В.П. Павлова, Э.С. Паниева, А.И. Пшеничного, Н.Т. Романова.В.А. Снежко и др. Среди специальных исследований, посвященных особенностям магматизма и металлогении, большое значение имеют работы В.И. Буадзе, А.И. Гусева, К.С. Дивакова, А.Г. Долгих, А.Г. Жабина, Г.И. Иванова, Н.К. Курбанова, А.В. Нетреба, О.А. Осетрова, И.Б. Полищук, Н.И. Пруцкого, В.Г. Рылова, С.В. Савина, В.И. Смирнова, Г.А. Твалчрелидзе, В.Б. Черницына, и др.

На территории В. Кавказа выделяется Южный металлогенический пояс Б. Кавказа, включающий Приводораздельную и Самуро-Белореченскую металлогенические зоны (Савин, 1978). Оруденение территории представлено месторождениями и рудопроявлениями двух формаций: колчеданной (медно-пирротиновый Кизил-Деринский тип) и жильной кварц - сульфидной.

Указанные металлогенические зоны в пределах Дагестана разделены Ахтычайским разломом. В тектоническом отношении Приводораздельная металлогеническая зона на Восточном Кавказе соответствует осевой части ранне-среднеюрской геосинклинали. Для неё характерно развитие мощных осадочных, преимущественно глинисто-алевролитовых толщ, среднеюрского возраста и проявления базальтоидного магматизма в виде покровов, силлов, даек. В пределах зоны на территории Восточного Кавказа выделяются (Савин, 1978) три рудоносных уровня: нижнелейасовый-нижнетоарский (Филизчай, Мачхалор), нижне-среднетоарский (Калакор, Тунсарибор) с оруденением колчеданно-полиметаллического типа и верхнеааленский (Кизил-Дере) с рудами медно-пирротинового типа.

Самуро-Белореченская металлогеническая зона (Дагестанская подзона) располагается севернее Ахтычайского разлома в пределах Бокового хребта. Для неё характерно развитие: прибрежно-морских фаций (ногабская, михрекская свиты), представленных алевролитами, песчаниками, конгломератами; кислого вулканизма, представленного дацит-риолитовым эффузивно-пирокластическим, гранит-порфировым комплексами (Гусев и др., 1982) верхнетоар-нижнеааленского возраста; жильного полиметаллического оруденения. Нашими исследованиями, совместно с данными В.У. Мацапулина, Ю.Я. Черненко, Г.А. Твалчрелидзе и др., А.С. Рыпинского, Э.С. Паниева, Н.К. Паливода, А.И. Гусева в пределах зоны установлен верхнетоар-нижнеааленский рудоносный уровень с колчеданно-полиметаллическим оруденением (проявления Скалистое, Верхнемициратхетское, рудокласты внутриформационных конгломератов Курушского и Хнов-Борчинского рудных полей). Работами геологов "Кавказгеолсъемка" (Н.И. Пруцкий, Н.Л. Энна, И.Ф. Рудянов и др.) в последние годы выделяется Северо-Кавказская провинция титано-циркониевых россыпей. В восточной ее части по результатам наших работ намечается Восточно-Кавказская подпровинция.

Глава 2. Изученность рудо - и петрокластов, аутигенных образований и минералов, типоморфных признаков минералов рудных месторождений. Методика работ, объекты исследования.

Изучение гидротермально-осадочного сульфидообразования Восточного Кавказа началось со времени открытия колчеданных месторождений Филиз-чай, Кизил-Дере с эндогенным источником рудного вещества и др. (1960-65 г. г.). До этого колчеданные месторождения на территории не были известны, а широкораспространенные жильные кварц-сульфидные образования относились к гидротермальным.

С выявлением колчеданного оруденения в регионе стали возникать различные гипотезы образования этих руд - от чисто осадочных представлений Д.Д. Мазанов, Н.К. Паливода, до гидротермально-осадочных с эндогенным источником рудного вещества - академик В.И. Смирнов, В.И. Буадзе, А.Г. Твалчрелидзе, И.А. Богуш и др. и чисто гидротермального образования, аналогичного жильным кварц-сульфидным проявлениям - М.Б. Бородаевская, О.А. Осетров, И.Б. Полищук и др. При этом исследователи для обоснования начинают привлекать особенности аутигенного сульфидообразования, наличие в осадочных породах пирита, органического вещества, их элементы-примеси, изотопный состав серы и др. и сопоставлять их с сульфидами рудных тел. Сопоставление проводится по различным типоморфным особенностям минералов рудных залежей и вмещающих их пород. Это свидетельствует о том, что одним из ключевых моментов в изучении колчеданного оруденения становятся вопросы соотношения осадочно-диагенетического сульфидообразования с подводными гидротермальными и жильными рудообразующими процессами.

Для выяснения этих вопросов используются различные типоморфные характеристики минералов. Изучались особенности морфологии пирита, включая и фрамбоидальные формы - Т.К. Берберьян, И.А. Богуш, А.И. Гусев, А.Г. Жабин, Л.М. Катова, М.А. Кашкай, Л.Я. Кизильштейн, В.У. Мацапулин, Н.С. Скрипченко, Г.В. Хетагуров. Физические свойства пирита, микротвердость, ТЭДС - С.И. Сыровацкий, В.Г. Рылов, В.У. Мацапулин; изотопы серы - Ю.П. Андреев, В.И. Буадзе и др., Т.Д. Загряжская и др., Т.В. Иваницкий, М.А. Кашкай и др., А.Г. Твалчрелидзе и др., В.Н. Труфанов и др., Н.Т. Романов, В.Б. Черницын; элементы-примеси - А.Г. Гусев, В.У. Мацапулин, С.И. Сыровацкий, В.Г. Рылов, В.Г. Хетагуров; состав ГЖВ - В.У. Мацапулин, А.Г. Твалчрелидзе, В.Н. Труфанов, В.Г. Рылов.

Эти же параметры (но в меньших объемах) изучались и в других сульфидах - пирротине, галените, сфалерите и халькопирите, которые можно найти в работах перечисленных исследователей.

Жильные минералы - кварц, карбонаты изучались в меньшей степени, чем сульфиды. По ним определялись температуры минералообразования по данным гомогенизации, декрепитации, солевой и газовый состав ГЖВ; изотопы углерода, кислорода, водорода минералообразующей среды по её реликтам в ГЖВ и др. По Восточному Кавказу эти данные можно найти в работах В.И. Буадзе, М.И. Кучера, В.У. Мацапулина, И.Г. Нарозаули, А. Г Твалчрелидзе, В.Н. Труфанова, В.Г. Рылова, Т.В. Рябовой, А.А. Шаркова, Г.В. Хетагурова и др.

Рудо - и петрокласты, внутриформационные конгломераты в разные годы изучались В.У. Мацапулиным, А.Г. Гусевым, А.Г. Твалчрелидзе, И.Г. Нарозаули, Ю.Я. Черненко, Н.К. Паливода, а также Э.С. Паниевым, А.С. Рыпинским при проведении поисково-съемочных работ.

геохимическая особенность минеральное образование

В целях познания генезиса рудных образований изучение минералогии имеет огромное значение. Академик Н.П. Юшкин отмечает: "У всякого минерала принципиально возможно найти следы его былой связи с той средой, из вещества которой он образовался, а также с той средой, в которой он рос". Это, а также дискуссионность вопросов рудообразования региона, и явилось обоснованием широкого изучения особенностей минералов рудных систем.

По теме работы выполнены различные виды анализов, основные из них: описание прозрачных и полированных шлифов, рентгенофазовый и структурный анализы, термические анализы, ЭКС, спектральный анализ, изотопия, полный минералогический анализ и др. выполненные ведущими организациями страны (ГИН РАН, ИМГРЭ РАН, МГРИ, ПГО "Севкавгеология", Ростовский Гос. университет, ИГ ДНЦ РАН, ИПГ ДНЦ РАН, ИФ ДНЦ РАН).

Методика проведенных исследований. Минералогические исследования при отборе образцов проводились в соответствии с основными правилами проведения полевых работ с описанием геологических объектов. Пристальное внимание уделялось положению рудо- и петрокластов в конгломератах во вмещающих породах осадочно-диагенетических образований, соотношению их с цементирующей составляющей и другим обломочным материалом.

Основные методы и методики физико-химических исследований - аналогичны общепринятым (геохимия элементов-примесей, определение газовой составляющей в ГЖВ, определение декрепитационной активности минералов, изотопия, термография и др.). Изучение рентгеноструктурных параметров кварца проводилось автором на основе разработанной методики Б. Кюблера (1964), Г.А. Юргенсона (1984). Обработка полученных результатов по кварцу проводилась на ЭВМ с использованием специально составленной математической программы для расчета дифракционных картин.

Объектами исследования являлись нижне-среднеюрские внутриформационные конгломераты Восточного Кавказа с галькой кварца, рудо- и петрокластами, кварц песчаников, гранитных комплексов Центрального Кавказа, роговиков; жильные и рудные минералы колчеданной и жильной кварц-сульфидной формации региона. Изучались шлиховые пириты, терригенная минералогия тяжелой фракции рыхлых отложений речных долин и прибрежной зоны Каспия, аутигенно-диагенетические сульфиды юрских флишоидов.

Глава 3. Терригенные и аутигенные образования, сульфиды в отложениях юры.

3.1 Терригенные, гидротермально-осадочные сульфиды в рудокластах (гальках) верхнетоарских конгломератов. Внутриформационные конгломераты наиболее широко развиты в пределах Курушского рудного поля. По простиранию они прослежены на 2-2,5 км, вкрест простирания до 1 км. Мощность их незначительна (до 1 м) и лишь в отдельных местах отмечается её увеличение до 6-8 м. Крупнообломочный материал (включая рудо- и петрокласты) представлен гальками (2-3 см) осадочных пород - аргиллитов, алевролитов, песчаников; цемент - песчано-карбонатный (карбонаты сидерит-анкеритового состава).

В конгломератах установлены обломки руд и гидротермалитов нескольких типов.

1. Наиболее распространены гальки вкрапленной серно-колчеданной руды. Количество пирита в них составляет до 50%. Пирит развит в виде кубических кристалликов (до 1 мм); реже отмечаются фрамбоиды. В отдельных обломках наряду с пиритом устанавливаются пирротин, сфалерит, халькопирит (1-2% от пирита) в виде рассеянных тонкозернистых выделений. Сульфиды наблюдаются в виде густой вкрапленности в кварц-карбонатной песчанистой породе.

2. Значительно реже встречаются рудокласты массивной и полосчатой руды, которая по составу и текстурно-структурным особенностям сопоставима с рудой месторождения Кизил-Дере.

3. Обломки вкрапленных пирит-сфалеритовых руд, в которых на долю сульфидов приходится 20-25% объема, причем количество сфалерита достигает 5-8%. Пирит в виде мелких, тонкозернистых кубических зерен и глобулей отмечен в песчаниках с карбонатным цементом; сфалерит образует удлиненные обособления, цементируя обломочный материал породы и кристаллы пирита.

4. Пирит-сфалерит-галенитовые вкрапленные руды связаны с силицитами черного цвета, сложенными зернами кварца (0,2-0,4 мм). Количество сульфидов достигает 30-40% (10-пирит, 15-25 - сфалерит, 5 - галенит).

5. Преимущественно сфалеритовые руды с содержанием сульфидов 40-50% (5-10 - пирит, 30-45 - сфалерит), которые локализованы в пелитоморфном карбонате, содержащем тонкозернистую примесь терригенного кварцевого материала.

6. Рудокласты массивной сфалеритовой руды, аналогичной руде проявления Скалистое, расположенного поблизости от выходов конгломератов.

7. Обломки метасоматитов кварц-серицитового состава, содержащие альбит, карбонат, мусковит, хлорит, примеси пирита, сфалерита, лейкоксена. В крупнозернистых агрегатах кварца (0,5 мм) метасоматитов отмечается густая сеть трещинок с глобулярными жидкими однофазовыми включениями. По морфологии и характеру расположения трещинок выделяются несколько их типов. Согласно исследований Ю.А. Долгова (1959), подобные образования свойственны кварцу, образовавшемуся из коллоидных систем.

Наряду с описанными гальками в цементе конгломератов встречаются обломки руд гравийно-песчаных размеров. В небольшом количестве устанавливаются остатки древесины, фауны, содержащие сульфиды.

Совместно с обломками сульфидных руд выделяются единичные оолитоподобные тела (диаметром до 1 см) и более крупные овальные стяжения (от 2,5 - 5 х 1,5 см); формы, напоминающие коконы, в которых внутренняя часть сложена сфалеритом, а наружная - белым кальцитом. Отсутствие подводящих минерализованных каналов, наличие кристаллизационной затравки, аналогичной песчано-карбонатному цементу конгломератов, облекание терригенным материалом сферических тел этих образований, концентрическое чередование кальцита и сфалерита в наружных зонах - являются признаками их осадочно-диагенетического происхождения.

В конгломератах, по характеру взаимоотношений с обломочным материалом и цементом, выделяется два типа прожилков кварц-карбонат-сульфидного состава: одни секут только обломки, другие - и обломочный материал, и цемент.

Терригенная природа рудокластов обосновывается следующими наблюдениями:

1) отсутствуют рудные проводники в цементе, окружающем рудокласты;

2) по степени окатанности и размерам рудные обломки аналогичны галькам другого состава;

3) текстурные рисунки рудного вещества и прожилки в рудных обломках срезаются их внешними контурами;

4) гальки различных типов руд соприкасаются друг с другом или расположены рядом, что объяснимо только совместным захоронением их в обломочной толще;

5) наличие пленок окисления на поверхности серноколчеданных рудокластов;

6) наличие трещинок, по которым происходило окисление и срезание их внешними контурами галек;

7) не отмечается закономерности в расположении рудных галек в местах их скопления.

Академик В.И. Смирнов (1982) отмечает, что рудные обломки свойственны только колчеданным месторождениям; минеральный и химический состав рудокластов полностью соответствует составу колчеданных тел. Следовательно, рудокласты являются прямым поисковым признаком колчеданного оруденения.

Исходя из характера распределения в конгломератах обломков сульфидных руд, метасоматитов и кварца, а также данных палеофациальных исследований, проведенных Э.С. Паниевым и др. (1980), А.И. Гусевым и др. (1982) - предполагается, что снос сульфидного материала при формировании конгломератов происходил в направлении с севера на юг. В целом, имеющиеся данные свидетельствуют о вероятном наличии в пределах Курушского рудного поля скрытых колчеданно-полиметаллических залежей.

3.2 Терригенные, гидротермально-осадочные образования, минералы в отложениях аалена. Большинство геологов (Пшеничный 1963, Романов 1964, Рыпинский 1966, Паниев 1980), изучавшие рудопроявление Скалистое, расположенное в пределах Курушского рудного поля, относили его к жильным гидротермальным образованиям.Н. К Паливода и др. (1974, 1976-1978) отнесли это проявление к осадочно-диагенетическим образованиям. Проведенные автором комплексные исследования позволили привести дополнительные обоснования гидротермально-осадочного происхождения рассматриваемого рудопроявления.

Нами здесь установлены фрагменты пластовых колчеданно-полиметал-лических руд, представленных сульфидами со своеобразными морфологическими особенностями.

3.2.1 Седиментационная брекчия установлена в виде пласта мощностью до 2 м, выведенного на современную поверхность по тектоническим нарушениям. Для неё характерны: слабовыраженная слоистость, илисто-глинистый цемент, наличие обломков (1-2 см) мелкозернистых песчаников (до 15-20% объема породы) и различных проявлений сульфидной минерализации. Последние представлены обломками кварц-карбонат-сульфидных руд преимущественно со сфалеритовой сульфидной составляющей, а также кварц-карбонат-сульфидными прожилками и стяжениями в цементе, где присутствуют и обособления хлорита, халцедона. Брекчия отнесена к седиментационному типу - входящие в её состав обломки угловаты, неокатаны, а песчаный материал цемента не сортирован. Цемент и обломочный материал брекчии резко отличаются по составу. Сульфиды и жильные минералы расположены или только в цементе, или только в обломочном материале. По-видимому, образование брекчии происходило в нелитифицированных осадках, одновременно с отложением сульфидов: в ряде случаев отмечается облекание обломков пород сульфидной массой.

3.2.2 Сфалеритовая руда мелкобрекчиевой текстуры в виде пласта (0,1-0,2 м) протяженностью до 1,5 м установлена на продолжении горизонта седиментационной брекчии. Обломки (размером до 1 см) осадочных пород сцементированы сфалеритовой массой (до 30-40%), содержащей разнозернистый кварц, серицит, карбонат; спорадически здесь развит кубический и фрамбоидальный пирит.

3.2.3 Массивная сфалеритовая руда выявлена также на продолжении горизонта седиментационной брекчии. Выходы её представлены пластами суммарной мощностью - 1,2 м, протяженностью - 1,6 м. В подошве пластов отмечается постепенный переход от массивной руды к агрегатам мелкобрекчиевой текстуры. Руда сложена крупнокристаллическим сфалеритом (80-90%). В ней выделяются (в подошве и кровле пластов) прослои мелко - и среднезернистого пирита, а также гнездообразные выделения и короткие прожилки кварц-карбонатного состава.

Рассмотренные минеральные образования (3.2.1 - 3.2.3.) характеризуются общностью минерального состава, единообразной последовательностью минералообразования, приуроченностью к одному горизонту.

3.2.4 Септарии, содержащие сульфиды меди, свинца и цинка, а также кварц в виде тонких прожилков, встречены в аргиллитах на контакте с седиментационной брекчией. Размеры их составляют до 5-8 см по длинной и 3-4 см по короткой осям.

3.2.5 Кремнистые и доломитовые породы установлены по естественным обнажениям в виде фрагментов пластов мощностью до 0,3-0,4 м. В них присутствует крупнообломочный материал (5-10%) в виде галек и слабоокатанных обломков, среди которых отмечаются гидротермально-измененные породы. Цемент пород сложен терригенным кварцем, мелкими обломками кварц-серицитовых пород, доломитом, сидеритом. Пирит, галенит, сфалерит и окислы железа гипогенного происхождения концентрируются в отдельных слоях. Сфалерит образует каплевидные, кольцевые, полукольцевые, сгустковые обособления, отмечаются тонкозернистые сростки (микронные размеры) пирита и сфалерита. В целом количество сульфидов составляет до 1-2% объёма пород. С ними тесно ассоциирует опал. Пластовая форма рудных тел, наличие окислов железа, фрамбоидальные формы пирита и ряд их других особенностей являются признаками придонного формирования сульфидных руд с участием гидротерм.

3.2.6 Пиритовая тонкозернистая вкрапленная руда отмечена в виде фрагмента пласта (0,3 м). Пирит распределен неравномерно в виде желваковых стяжений и рассеянных зерен. В интерстициях между выделениями пирита отмечается кварц и сидерит.

Описанные образования пересечены более поздними прожилками кварц-карбонат-сульфидного состава мощностью до 5 см, протяженностью до 0,1-0,3 м. Они ориентированы вкрест простирания песчаников, аргиллитов. Мощность зоны с прожилковой минерализацией достигает 25-30 м.

В кварце руд всех выделенных типов отмечаются трещины с глобулярными однофазовыми жидкими включениями, свидетельствующими об участии коллоидов в минералообразовании, низкотемпературном обособлении и консервации синеретической жидкости и в целом о низкотемпературном характере минералообразующего процесса.

Изучение проявлений сульфидной минерализации позволяет выделить осадочно-диагенетические (септарии, некоторые разновидности вкрапленных сульфидов, халцедон седиментационной брекчии), гидротермально-осадочные (кремнисто-доломитовые породы и пиритовые руды, седиментационные брекчии, руды мелкобрекчиевой и массивной текстуры) и гидротермальные (прожилки) образования.

3.2.7 Нижнеааленские конгломераты. В конгломератах и гравелитах нижнеааленских отложений (михрекская свита) установлены гальки гранит-порфиров, кислых эффузивов, туфов, обломки калиевых полевых шпатов, рудокласты серно-колчеданного и колчеданно-полиметаллического состава. Абсолютный возраст, определенный калий-аргоновым методом по обломкам калиевых полевых шпатов из гравелитов, составляет 180 15 млн. лет (6 опр.). Это согласуется с представлениями о местном источнике сноса магматического материала нижне-среднеюрского возраста.

3.3 Осадочно-диагенетические сульфиды в песчано-глинистых отложениях нижней и средней юры.

3.3.1 Осадочно-диагенетические сульфиды.

В осадочных отложениях тоара аалена региональным развитием пользуется микрозернистый пирит осадочно-диагенетического происхождения, представленный фрамбоидами, мелкими кристаллами в рассеянном или в кластерном (сгустковом) состоянии. Встречаются также крупные конкреции, метакристаллы, стяжения, сгустки пирита (рис.1).

Рисунок 1.

Фотографии штуфных образцов различных осадочно-диагенетических сульфидов.

[А] - сингенетический пирит - сферические агрегаты; белые кристаллические формы - перекриcталлизованный пирит и прожилки кварц-пиритового состава. Рудопроявление Мушлак, алевролиты, полированный штуф;

[Б] - катаклазированная конкреция в м/з песчаниках, трещины катаклаза выполненные кварц-хлоритовым материалом: а - в песчаниках, б - отслаивание сульфидного материала от вмещающих пород, в - в сульфидном теле конкреции. Ручей Ори-Цкали, полированный штуф;

[В] - сидерит-анкеритовая конкреция с сульфидами в септах и в основной массе: а - сфалерит,

б - галенит, в - кальцит. Ручей Мулларчай, полированный штуф;

[Г] - сидеритовая конкреция, внутренняя часть выполнена сфалеритом. Ручей Мулларчай, штуфный образец.

[Д] - карбонатизированный древесный обломок с редкими вкраплениями сфалерита, галенита.

Ручей Мулларчай, штуфный образец.

[Ж] - катаклазиты в терригенно-карбонатной пелитоморфной породе с зонами "грануляции",

микробрекчирования и собирательной перекристаллизацией сфалерита, кальцита, прожилками кальцита со сфалеритом. Ручей Мулларчай, полированный штуф.

3.3.2 Геохимические особенности пиритов рудных тел, осадочно-диагенетических образований и других сульфидов.

Сопоставление геохимических особенностей и физических свойств осадочно-диагенетического пирита и пирита меднопирротиновых залежей и жильных кварц-полиметаллических рудных тел показало существенное их различие по сравниваемым параметрам (рис.2).

Для осадочно-диагенетического пирита (ОДП) характерна слабая активность при декрепитации в воздушной среде, что подтверждается такими данными , где числитель ОДП, первые две цифры характеризуют пределы изменения количества импульсов, в скобках - средняя величина; знаменатель - пирит меднопирротиновых и кварц-полиметаллических руд. Декрептограммы пиритов отмеченных разновидностей, снятые в воздушной среде и вакууме, также существенно отличны.

Проанализированный состав газопаровой смеси, выделяющейся при нагревании проб, показывает различие ОДП и пиритов, входящих в состав рудных тел известных месторождений и рудопроявлений:

V_газ/V_{H2O -} CO₂ моль/л -

N₂ моль/л -

На диаграмме, по осям которой отложены содержания Cu+Zn-Ti ОДП и пириты рудных тел, занимают обособленное положение. Для ОДП характерны отношения Co/Ni близкие к единице или меньше единицы - , содержания Ti>0,1%, повышенное содержание органического углерода - , обогащение легким изотопом углерода углекислоты газопаровой смеси, выделяющейся при нагревании проб д¹³С‰ - , большой диапазон разброса значений д³⁴S‰ - .

По данным замеров ТЭДС (мкв/град) с переменой ?Т⁰С пиритов выделяются три области значений. Отрицательные значения ТЭДС (электронная проводимость) характерны для пиритов, входящих в состав жильных образований кварц-полиметаллической формации; область с относительно низкими значениями дырочной проводимости характерна для гидротермально-осадочного пирита, а поле концентрации относительно высоких значений - для осадочно-диагенетического пирита. При замерах с постоянными значениями ?Т⁰С для ОДП получены величины, изменяющиеся в пределах от +150 до +310 (средние +208 - +260), для гидротермально-осадочного пирита в рудокластах - +20 - +160 (средние - +38 - +124). Так же как и гидротермально-осадочный пирит, галенит рудокластов занимает обособленное положение по замерам ТЭДС.

Наибольшее развитие пирротина отмечено в отложениях тоара в Кутлабском рудном поле, где он образует конкреции, замещает фаунистические остатки, слагает маломощные прослои в аргиллитах, д³⁴S этого пирротина - +6,40 - +7,25; +6,82 (2).

Максимальное развитие халькопирита установлено в тоарских алевролитах Мушлакского рудного поля - до 5% от массы породы в единичных небольших пропластках. Повышенное содержание его совместно с пирротином отмечено в осадочных породах Кутлабского рудного поля. В незначительном количестве халькопирит отмечается во вмещающих породах месторождения Кизил-Дере, где он цементирует фрамбоиды пирита, а также встречается совместно с пиритом в конкрециях в пределах рудных полей Ори-Цкали, Кутлаб. В виде эмульсионной вкрапленности халькопирит выделяется в сфалерите конкреций и септарий.

Сульфиды свинца и цинка развиты в наибольшем количестве в сидеритовых конкрециях ааленских отложений в пределах Курушского рудного поля. Сфалерит в них выделяется в основной массе и в септарных прожилках; обнаружен также в виде фрамбоидов в песчаниках рудной зоны рудопроявления Скалистое и в аргиллитах Мушлакского рудного поля. Во вмещающих породах месторождения Кизил-Дере сфалерит цементирует фрамбоиды пирита. Изотопный состав серы конкреционного сфалерита: д³⁴S - +0,8-+4,9; +3,42 (7).

Галенит встречен только в конкрециях и септариях в Курушском рудном поле совместно со сфалеритом, где он образует рассеянные формы, замещает остатки фауны в основной массе конкреций и выполняет септарные прожилки, д³⁴S галенита: - 2,83 - +6,10; - 1,91 (2) - +1,79 (5).

В постдиагенетический этап развития конкреции и стяжения сульфидов подвергаются катаклазу с образованием трещин (рис.1-Б), которые заполнены сульфидами и ассоциирующими с ними жильными минералами (кварцем, карбонатами, хлоритом, серицитом). Вокруг метакристаллов и обломков пирита образуются оторочки кварц-карбонатного состава с характерной параллельно-шестоватой структурой. В стяжениях по трещинам отмечается перекристаллизация пирита. Эти характерные признаки позволяют отличать постдиагенетические процессы от более поздних, связанных с внедрением даек и сопутствующей им гидротермальной деятельности.

Глава 4. Изотопный состав химических элементов сульфидов, карбонатов различного генезиса.

4.1 Изотопный состав серы и углерода терригенных и аутигенных образований.

В пределах Куруш-Мазинской рудоносной зоны установлены сульфиды в образованиях различных морфогенетических типов - сингенетичных и эпигенетичных по отношению к вмещающим породам. Существуют диаметрально противоположные представления по вопросу о генезисе сульфидных проявлений. В связи с этим изучение изотопов, входящих в их минеральный состав серы, углерода, приобретает актуальное значение.

В пирите рудокластов из конгломератов верхнего тоара отношения изотопов серы составляют: +4,13 - +8,79; +5,98 (7), все значения приведены для д³⁴S‰. Для пирит-сфалеритовой руды (валовой состав) получены значения: +7,27 - +7,69; +7,48 (2). В сфалерите массивной руды происходит облегчение (по сравнению с пиритом) изотопного состава серы +3,4 - +5,22; +4,51 (5), это же характерно и для сфалерита оолитоподобных стяжений: +3,7 - +6,2; +4,99 (6). При этом в пределах одного и того же скопления сфалерита значения д³⁴S от центра к периферии изменяются от +3,7 до +6,2.

Рисунок 3. Гистограмма распределения д³⁴ S‰ сульфидов различных морфогенетических форм Курушского рудного поля.

1 - прожилки с сульфидами в песчано-глинистых породах и конгломератах;

2 - септарии с сульфидами;

3 - оолитоподобные формы в конгломератах;

4 - сульфиды массивных и других руд в коренном залегании;

5 -гальки колчеданно-полиметаллических руд в конгломератах;

6 - конкреции с сульфидами.

Для сульфидов рудопроявления Скалистое установлены следующие отношения изотопного состава серы: пирит из тонкозернистой серноколчеданной руды +4.91 - +7,91; +6,43 (3); сфалерит из массивной руды +5,43 - +5,71; +5,60 (3), сфалерит из руды мелкобрекчиевой текстуры +6,10 - +7,71; +6,57 (5), сфалерит из седиментационной брекчии +4,92 - +6,64; +6,01 (6). Сфалерит из прожилков Курушского рудного поля +2,34 - +5,22; +4,18 (10). Для галенита вкрапленников кремнисто-доломитовых пород д³⁴S составляет +0,21, а из прожилков рудного поля - 0,99 до +1,8 (по данным восьми проб). Проведенные исследования изотопных отношений серы (рис.3) показывают незначительное различие её состава в сульфидах из рудокластов, осадочно-диагенетических образований в конгломератах, сидеритовых конкреций и септарий, прожилков и пластовых рудных тел рудопроявления Скалистое. В целом для изотопного состава серы сульфидов всех этих образований характерна преимущественная обогащенность тяжелым изотопом и близость к метеоритному стандарту. Это свидетельствует о едином гипогенном источнике рудного вещества, отлагавшегося как гидротермально-осадочным так и гидротермально-метасоматическим способом.

Исследование изотопных отношений углерода карбонатов, ассоциирующих с рудными минералами (рис.4), показали отличие между минералами гидротермально-осадочного и собственно осадочного происхождения.

Для карбонатных жил Курушского рудного поля д¹³С‰ изменяется в пределах: - 4,4 - 8,68; - 6,76 (12). Кальцит, входящий в состав оолитоподобных стяжений из конгломератов, характеризуется значениями - 5,5 - 7,5; - 6,5 (2); карбонаты тесно ассоциирующие с осадочно-диагенетическим пиритом: - 4,66 - 14,51; - 8,74 (3), карбонат из жиьных кварц - карбонат - сульфидных тел проявлений (Хал, Борч I): +4,04 - + 5,49; +4,61 (5). В карбонатно - сульфидных прожилках Курушского рудного поля намечается обогащение тяжелым изотопом углерода (¹³С): +17,2 - +19,7; +18,4 (2). Максимальное обогащение тяжелым изотопом углерода установлено для рудных тел гидротермально-осадочного происхождения рудопроявления Скалистое: +32,86 - +33,63; +33,24 (2).

Рисунок 4. А-гистограмма распределений д¹³С‰ карбонатов, связанных с:

1 - осадочно-диагенетическими сульфидами; 2 - гидротермально-осадочными сульфидами; 3 - сульфидами жильных проявлений; 4 - безрудными кальцитовыми жилами; 5 - травертинами; 6 - оолитподобными кальцит-сфалеритовыми стяжениями; 7 - верхнетоарскими карбонатами; 8 - сидеритовыми конкрециями; 9 - пирит-сфалеритовыми рудами; Б - положение на диаграмме д¹³С - д³⁴S различных образований: 1 - осадочно-диагенетические сульфиды; 2 - осадочно-гидротермальные сульфиды; 3 - карбонатно-сульфидные жильные образования; 4 - оолитоподобные кальцит-сфалеритовые стяжения.

Аномальное обогащение ¹³С карбонатов отмечает Ю.А. Борщевский и др. (1981) для низкотемпературных минералов, образованных в связи с микробиально-эпигенетическими процессами при участии слабонагретых рассольных вод, содержащих компоненты микронефти, что в нашем случае соответствует гидротермально-осадочному процессу. На диаграмме д³⁴S - д¹³С контрастно выделяются минералы гидротермально-осадочного, собственно гидротермального и осадочно-диагенетического генезиса.

4.2 Изотопы углерода эндогенных карбонатов

Карбонаты (кальцит) широко распространены в эндогенных образованиях территории. Кальцит по распространенности является вторым жильным минералом после кварца в месторождениях колчеданной и жильной кварц-полиметаллической формации, в кварц-карбонатных зонах, жилах и полностью слагает карбонатные жилы, которые достигают мощности до 10 и более метров и тесно связаны с дайковым комплексом, что наиболее вероятно связано с существованием карбонатной магмы.

Широкое распространение углекислоты в эндогенных образованиях на территории Горного Дагестана подчеркивается преобладанием её в рудообразующих системах, судя по газовой составляющей в ГЖВ, а также наличием многочисленных источников и натечных образований травертина, формирующихся в долинах водотоков в четвертичный период. Достаточно отметить, что в районе Курдульской интрузии выделяются травертиновые террасы мощностью до 10-15 м, протяженностью свыше 200 м.

Но наиболее мощным проявлением гипогенного углекислотного процесса является околотрещинный углекислотный метасоматоз на Курдульской интрузии и связанные с ними карбонатные метасоматиты лиственитового типа. По простиранию через Курдульскую интрузию проходит полоса светло-серых пород, хорошо выделяющаяся визуально. Мощность измененных зон здесь достигает десятки метров, протяженность более 1 км. К этой полосе в пределах интрузии приурочена полиметаллическая сульфидная минерализация.

Было произведено определение д¹³С‰ углекислоты в газовой фазе включений в минералах колчеданных, кварц-сульфидных руд, в газовой фазе, выделяющейся при нагревании, магматических пород, осадочно-диагенетического пирита и в водах источников месторождения Кизил-Дере и его вмещающих породах.

Результаты определений приведены на рисунке 5.

Анализ результатов аналитического исследования изотопного состава углерода СО₂ и СН₄ различных образований показывает, что происходит изотопное смещение углерода с обогащением ¹²С в последовательности: углекислота газовой фазы включений в минералах - углекислота в магматических породах - углекислота в различных водах месторождения Кизил-Дере - углекислота осадочно-диагенетических образований - метан в различных водах - органическое вещество в осадочных породах: углерод нефтей Прикумской области Дагестана (д¹³С‰ от - 25 до - 30). Полученные результаты позволяют считать, что углекислота газовой формы включений минералов в колчеданных и жильных полиметаллических рудах имеет магматический источник, а также образовывалась при окислении и деструкции органического вещества на всем пути циркуляции минералообразующих растворов и во все стадии развития гидротермальной системы.