Физико-химическое моделирование метаморфогенной и гидротермально-метасоматической стадий формирования золоторудного месторождения сухой лог

Предлагаемая схема формирования золоторудных месторождений сухоложского типа предусматривает следующую последовательность реконструируемых событий.

1) Седиментогенное накопление сидеро-халькофильно специализированных углеродистых толщ, обусловленное синхронным осадконакоплению вулканизмом и подводной гидротермальной деятельностью в спрединговых задуговых бассейнах.

2) Катагенетическая трансформация углеродистых осадочных толщ с генерацией металлоносных нафтидов и миграцией их в сторону конседиментационных поднятий и в своды раннеколлизионных пологих антиклиналей. В результате формируются аномально специализированные нефте-флюидометаллоносные ловушки («резервуары»), металлогенический потенциал которых способен реализоваться в процессах последующих термодинамических преобразований.

3а) Стрессовые воздействия, в условиях тектоно-магматической активизации (складкообразование, метаморфизм), с разрушением металлоносных углеродистых веществ в нефтеносных «резервуарах» и формированием последовательно: метаморфогенной самородной минерализации и метаморфогенно-метасоматических высокотемпературных руд благородных металлов. В начале метаморфогенно-метасоматической стадии (III^a) при температурах 420-380ºС и давлении 500-600 МПа образуется рассеянная ультратонкая (0,5-10 мкм) самородная минерализация Pt, Au, Fe, Cr, W, Ti, Pb, Sn, Cu, Al, что свидетельствует о резко восстановительных условиях, возникших в процессе, сопряженного с метаморфическим разложением углеродистых соединений. Затем, при температурах 380º-280ºС появляется сидерит-кварц-сульфидная минеральная ассоциация с самородным золотом. Одновременно образуются сульфиды и арсениды платины: куперит и сперрилит. Перечисленные руды в полной мере соответствуют подклассу метаморфизованных. 3б) Унаследованная деформация рудоконтролирующих структур с формированием в осевых частях изоклинально-чешуйчатых зон трещиноватости с интенсивными гидротермально-метасоматическими средне-низкотемпературными золоторудными и пострудными процессами по ним, где и происходит становление золоторудных тел штокверкового и жильного типов. При этом, рудоносный флюид мобилизуется из резервов вмещающей металлонафтидоносной структуры. Рудная минерализация, отвечающая гидротермально-метасоматической стадии (III^б), формируется благодаря активности флюидов, возникших при завершении предыдущей стадии из резервов вмещающих углеродистых пород. В конце этого этапа образуется низкотемпературная анкерит-кварц-пиритовая с дисперсным золотом минеральная ассоциация.

В предложенной схеме, одним из важнейших рудоподготовительных этапов формирования месторождения является стадия катагенетических трансформаций. Собственно рудообразование осуществляется в указанных структурах на следующей стадии развития рассматриваемой системы под воздействием региональных термодинамических преобразований металлоносных катагенных скоплений флюидов в условиях прогрессивного метаморфизма.

Для решения поставленной задачи – построение модели и расчет основных параметров заключительной метаморфогенной и гидротермально-метасоматической стадий рудообразования – была сформирована обобщенная модель системы (рис. 1): вмещающие породы (состав кварц, плагиоклаз, серицит, карбонаты и др.) + элизионные воды + углеводороды + рудные металлы (Au, Ag, сульфиды и др.) ± F-Cl-CO₂, CH₄, N₂, независимые компоненты – Al - Si - Na - K - Mg - Fe - Ca - Ti - (Au, Pt, Cu, Pb, Zn) - N - H - O - C - F - Cl - P - S - e, где е обозначает электрон. В список зависимых компонентов включено 518 соединений, из них 349 – водные, 21 – газовые и 148 – конденсированные компоненты. Термодинамические параметры взяты из согласованных баз данных программного комплекса «Селектор-W» [Карпов, 1981]. Граничные условия для моделирования определены на основании результатов изучения флюидных включений [Развозжаева, Прокофьев, 2002]. Состав вмещающей породы взят из работ Немерова В.К. [Немеров и др., 2005 и др.]

Рис. 1. Обощенная схема термодинамической модели формирования золоторудного месторождения «Сухой Лог»: Р1 – первый, Р2 – второй, Р3 – третий резервуары; ФИ – исходный флюид. На фрагментах: НМ – нафтиды металлоносные (катагенетические скопления); СР – соскладчатые высокотемпературные руды, метаморфогенные, метаморфогенно-метасоматические; ПР–постскладчатые средне-низкотемпературные руды гидротермально-метасоматические.

На регрессивном этапе рудная минерализация, отвечающая гидротермально-метасоматической стадии (золотопродуктивная среднетемпературная стадия – 220-190°С), формируется благодаря разгрузке флюидов, приходящих из вмещающих углеродистых пород. Рудообразование осуществляется в зонах трещиноватости, рассланцевания, где происходит становление золоторудных тел штокверкового и жильного типов. Для этой стадии характерна минеральная ассоциация мусковит-кварц-пиритовая с самородным золотом. В конце этапа (190-150°С и ниже) возникает низкотемпературная биотит-кварц-гидроксил-апатитовая с дисперсным золотом минеральная ассоциация.

Рассмотрим процессы, происходящие в первом и втором резервуарах: через вмещающую породу (Т 450°С, Р 6000 бар) движется обогащенный органическим веществом и серой флюид. Рассчитанный равновесный состав системы достаточно точно отвечает хорошо изученному минеральному составу пород. Таким образом флюиды наследуют микроэлементный состав вмещающих пород. Несмотря на то, что модель рассматривает процесс в условном времени (то есть флюид поступает в систему неоднократно), качественный состав равновесного минерального парагенезиса не меняется, а изменяется лишь количество (рис. 2).

Рис.2. Накопление минералов в резервуарах.

Третий резервуар соответствует метаморфогенно-метасоматической стадии минералообразования. Растворенные металлсодержащие органические комплексы разрушаются, формируется слабокислый (рН от 5,48 до 6,34) флюид. Со временем содержание растворимого золота понижается, а в твердой фазе увеличивается

Равновесная с раствором минеральная ассоциация имеет сидерит - кварц - сульфидный состав (сульфиды и арсениды платины, куперит, сперрилит). Кислые флюиды, взаимодействующие с карбонатами, нейтрализуются. Содержание золота в гидротермальных растворах в условиях высоких температур (Т 380-250С; Р 210-120 бар) достигает 6,5 моль/кг. Снижение Р,Т-параметров приводит к формированию гидрокарбонатного флюида, углекисло-метановых газа и анкерит-кварц-пирротин-пиритовой ассоциации, содержащей самородное золото. Этот процесс можно рассматривать как пострудную стадию, на которой формируется сидерит, анкерит, кварцевая ассоциация. Собственно рудная ассоциация и сопутствующие ей элементы – Au, Ag, Cu, Ni, Co, Fe, Pb, Zn, As, Sb, S (рис.2) накапливаются в системах разрывов и трещиноватости пород за счет циркуляции элизионных вод при снижении температуры до 220-190º.

Характер преобразования, наложенный на прогрессивный этап метаморфизма, проявляется в развитии кварц-биотит-анкерит-карбонатных прожилков по зонам дробления метаморфических пород. Она происходит наиболее активно вдоль трещиноватых, ослабленных зон ввиду их максимальной проницаемости и не захватывает всю массу породы. Становится очевиден изохимический характер процесса рудообразования и явная зависимость минерального состава руд от вмещающих пород.

Из проведенных геологических наблюдений, анализа минеральных парагенезисов, результатов физико-химического моделирования следует, что процессы рудообразования происходили в послеинверсионный период на регрессивном этапе метаморфизма, в обстановке начавшегося растяжения и раскрытия системы. На этом этапе в условиях зеленосланцевой фации регионального метаморфизма им сопутствовало формирование серий кварцевых жил. При раскрытии трещин и локальном падении давления в них отлагались кварц, карбонаты, золотоносный пирит и прочие рудные минералы.

Рассчитанная модель показывает возможность образования месторождений золота по предлагаемой схеме – без дополнительного привноса рудного компонента из внешних источников. Адекватность рассчитанной модели подтверждается множественными петрографическими данными изучаемого объекта. Сформированную модель можно считать базовой для проведения физико-химического моделирования образования месторождений золота метаморфогенно-гидротермального (сухоложского) типа.

Карпов И.К. Физико-химическое моделирование на ЭВМ в геохимии.– Новосибирск: Наука, 1981. – 247 с.