Флюидный режим формирования вулканогенных Палеогидротермальных систем аркаимской площади (Магнитогорская металлогеническая зона, южный урал)

Вид материала

Автореферат

Содержание Научный руководитель Мурзин Валерий Васильевич Целью работы Объектами исследования Фактический материал. Личный вклад автора Научная новизна. Практическое значение. Апробация работы. Содержание работы и защищаемые положения Схема геологического строения Аркаимской площади (по Э.В. Шалагинову, 1984ф; В.М. Схема положения гидротермально-осадочных и осадочных отложений в продольном фациальном профиле Лисьих Гор Сравнительная характеристика разновидностей барита Формы выделения Положение в сульфидно-баритовой жиле Содержание элементов- примесей (г/т) Золотоносные зоны сульфидно-кварцевых жил. Соотношение солености флюида во включениях и температур их гомогенизации в палеогидротермальной системе Лисьи Горы Гематит-кварцевые породы. Содержания газов и воды во флюидных включениях в кварце из жил Аркаимской площади ... Полное содержание

Подобный материал:

• Южный Урал «Здесь царство редких минералов, 287.86kb.
• Литература России. Южный Урал. 5 9 класс программа по литературе, 321.56kb.
• А. А., Г. Челябинск Приобщение дошкольников к традиционной семейной культуре основных, 62.49kb.
• Р. Н. Башкирская конница в Крымской войне 1853 1856 гг. // Южный Урал: история, историография,, 151.22kb.
• Южный Урал наша Родина, 251.96kb.
• Конспект открытия музея в с/п Лесная сказка Ж. В. Аносова, 65.27kb.
• Южный Урал. Активные маршруты по Башкирии, 55.69kb.
• «Таможенное право», 31.61kb.
• А. В. Истомин Основные направления и приоритеты устойчивого развития Арктической зоны, 115.76kb.
• «Дурная привычка», 7838.46kb.

На правах рукописи

Анкушева Наталья Николаевна

флюидный режим формирования вулканогенных Палеогидротермальных систем аркаимской площади (Магнитогорская металлогеническая зона, южный урал)


Специальность 25.00.11 – геология, поиски и разведка твердых полезных ископаемых, минерагения

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата геолого-минералогических наук


Екатеринбург – 2008

Работа выполнена в Институте минералогии УрО РАН.

Научный руководитель:

доктор геолого-минералогических наук, профессор

Зайков Виктор Владимирович (Институт минералогии УрО РАН, г. Миасс)


Официальные оппоненты:

доктор геолого-минералогических наук Мурзин Валерий Васильевич (Институт геологии и геохимии УрО РАН, г. Екатеринбург)

кандидат геолого-минералогических наук, доцент кафедры геологии Поленов Юрий Алексеевич (Уральский государственный горный университет, г. Екатеринбург)


Ведущая организация:

Управление по недропользованию по Челябинской области, г. Челябинск


Защита диссертации состоится «8» октября 2008 г. в 14.00 на заседании Диссертационного совета № Д004.021.02 при Институте геологии и геохимии им. акад. А. Н. Заварицкого УрО РАН по адресу: 620151, г. Екатеринбург, пер. Почтовый, 7.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института геологии и геохимии им. акад. А.Н. Заварицкого УрО РАН.


Автореферат разослан « 5 » сентября 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат геолого-минералогических наук

И. С. Чащухин

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследований. Проблемы рудоносности палеовулканических структур складчатых поясов важны в связи с их высокой продуктивностью на руды цветных, черных и благородных металлов.

К числу важнейших проблем учения о рудных месторождениях относятся вопросы, касающиеся условий формирования рудообразующих гидротермальных флюидов, их источников и условий переноса ими металлов. Выяснение состава и природы минералообразующих флюидов имеет не только фундаментальное значение, но и важно для понимания рудообразующих процессов и часто прямо связано с выбором стратегии геолого-разведочных работ.

В связи с интенсивной разработкой и истощением известных месторождений золота и полиметаллов на Южном Урале возникла необходимость исследования новых перспективных площадей на эти виды полезных ископаемых. В последние годы в девонских и каменноугольных вулканических породах Аркаимской площади (Магнитогорская металлогеническая зона, Южный Урал) обнаружена золоторудная сульфидно-кварцевая и барит-полиметаллическая минерализация, аналогичная наблюдаемым на других объектах гидротермального происхождения на Южном Урале. При изучении таких объектов, связанных с гидротермальными системами, большое значение имеют термобарогеохимические исследования, позволяющие определить условия рудообразования на различных уровнях вулканических комплексов и сопоставить их с установленными ранее для других формационных типов.

На Южном Урале до сих пор недостаточное внимание было уделено изучению палеозойских гидротермальных систем, приуроченных к андезибазальтовым и трахириолит-трахибазальтовым вулканическим комплексам Магнитогорской металлогенической зоны. Исследование физико-химических особенностей – температурного режима и солевого состава – этих палеогидротермальных систем ранее не проводилось. Вместе с тем, с вулканогенными комплексами связана золоторудная и золото-полиметаллическая минерализация, которая может иметь практическое значение [Белгородский, 1998; Михайлов и др., 2003; Зайков, 1995; Голованов, 1999ф; Анкушева, Юминов, 2005; Анкушева и др., 2005]. Таким образом, назрела необходимость изучения условий образования вулканогенных палеогидротермальных систем, в частности, развитых на Аркаимской площади. Геологическая позиция выбранных объектов удобна в плане сравнения гидротермальной минерализации, приуроченной к девонскому и каменноугольному комплексам.

Целью работы является установление физико-химических условий формирования палеогидротермальных систем вулканических комплексов среднедевонского и раннекаменноугольного возраста Магнитогорской металлогенической зоны (Южный Урал). Для ее реализации были поставлены следующие задачи:

• геологическая и минералогическая характеристика гидротермальной минерализации вулканических комплексов среднедевонского и раннекаменноугольного возраста на Аркаимской площади;
  
• изучение флюидных включений в минералах, установление температур гомогенизации, концентраций солей, солевого и газового состава для оценки физико-химических параметров минералообразующих растворов;
  
• сравнительный анализ исследованных палеогидротермальных систем с другими формационными типами месторождений в вулканогенных комплексах.
  

Объектами исследования выбраны палеогидротермальные системы двух вулканических комплексов – андезибазальтового (D₂) и трахириолит-трахибазальтового (С₁). Первая палеогидротермальная система – Лисьи Горы – протяженностью около 2 км в вертикальном разрезе включает золотоносные зоны окварцевания и гематит-кварцевые породы. Вторая система – Аркаимская – имеет вертикальную протяженность 1 км и характеризуется наличием сульфидно-кварцевых и галенит-баритовых жил.

Объектами для сравнительного анализа послужили золото-колчеданно-полиметаллические месторождения Таш-Тау и Вишневское, кобальт-медно-колчеданное Ивановское, а также марганцеворудное Янзигитовское месторождения, термобарогеохимические исследования которых были проведены автором впервые. Эти объекты подходят для сравнения, т. к. они также принадлежат Магнитогорской металлогенической зоне, имеют девонский возраст и пространственно связаны с вулканитами основного и среднего состава.

Проведено сравнение полученных результатов с опубликованными ранее термобарогеохимическими данными по медноколчеданным (Яман-Касы), золото-колчеданно-полиметаллическим (Балта-Тау, Александринское), кобальт-медноколчеданным (Ишкининское) месторождениям Западно- и Восточно-Магнитогорской металлогенических зон, золото-кварцевым месторождениям Восточно-Уральской зоны (Березовское, Кочкарское) и современным гидротермальным полям Тихого (Венский лес) и Атлантического (Рейнбоу, Брокен Спур) океанов.

Фактический материал. В основу диссертации положены материалы, собранные автором в 2003–2007 гг. в ходе полевых работ и при выполнении работ в рамках государственных тем: «Гидротермальные и гипергенные факторы формирования и преобразования месторождений полезных ископаемых в складчатых поясах (№ 01.200.202519), «Эволюция процессов минералообразования в колчеданоносных палеоокеанических структурах» (№ 0.20.0001589), «Геоархеология и археологическая минералогия Урала» (№ 01.2.10303810). Работы выполнены в лаборатории минералогии рудогенеза Института минералогии УрО РАН (зав. лабораторией д.г.-м.н. В.В. Масленников).

Методы исследований. В ходе полевых работ была проведена геологическая документация опорных обнажений и минерализованных интервалов керна скважин, отобраны и исследованы бороздовые (120 шт.), штуфные (80 шт.) и шлиховые (30 шт.) пробы.

В работе использованы следующие методы изучения минерального вещества: микротермометрический, включающий криометрию (500 ан.) и гомогенизацию (1000 ан.) индивидуальных флюидных включений, рентгенофлуоресцентный (11 ан.), рентгеновский (10 ан.), электронно-микроскопический (60 ан.), шлиховой (30 ан.), силикатный (100 ан.), атомно-абсорбционный (20 ан.), масс-спектроскопия с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) (50 ан.), газово-хроматографический (20 ан.), Фурье-спектроскопия (30 ан.).

Микротермометрическим методом исследованы 50 прозрачно-полированных шлифов жильного кварца, барита и кальцита. Исследования барита проводились в микрокриотермокамере конструкции В.А. Симонова [1993]. Исследования кварца и кальцита проведены на микрокриотермостолике THMSG-600 (LINKAM), позволяющем производить измерения температур фазовых переходов в интервале -196 до +600 °С, с микроскопом Olympus (объектив 50^х). Управляющее программное обеспечение LinkSys V-2.39. Точность измерений ±0.1 °С в интервале температур -20…+80 °С и ±1 °С за пределами этого интервала. Для исследований использовались двухфазные включения размером 5–30 мкм, состоящие из водного раствора и газового пузырька. Солевой состав гидротермальных растворов во включениях оценивался по температурам эвтектик [Борисенко, 1977]. Температуры гомогенизации фиксировались в момент исчезновения газового пузырька при нагревании препарата в термокамере и приняты за минимальные температуры процесса минералообразования [Ермаков, Долгов, 1979; Реддер, 1987]. Концентрации солей в растворах рассчитывались по температурам плавления последних кристаллических фаз [Борисенко, 1977; Реддер, 1987; Bodnar, 1994]. Исследования проводились на геологическом факультете Миасского филиала ЮУрГУ (Миасс), в Институте геологии и геохимии УрО РАН (Екатеринбург), Институте геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии РАН (Москва), Музее естественной истории и Королевском колледже (Лондон).

Оптическим методом изучены 100 петрографических шлифов и 30 аншлифов. Изучение проводилось на микроскопах Axiolab, Olympus BX50 (ИМин УрО РАН), ПОЛАМ Р-111, Р-312, NU-2 (МГФ ЮУрГУ). Рентгенофлуоресцентный анализ производился на приборе РФА-ВЭПП-3 (Институт геологии и минералогии СО РАН, Новосибирск). Рентгеновский анализ проводился методами дифрактометрии (ДРОН-2.0, аналитик П.В. Хворов, ИМин УрО РАН) и Дебая-Шерера (УРС-2.0, аналитик Е.Д. Зенович, ИМин УрО РАН). Химический состав минералов изучался на рентгеноспектральном микроанализаторе JEOL JCXA-733 (аналитик Е.И. Чурин, ИМин УрО РАН) и на растровом электронном микроскопе с энергодисперсионным микроанализатором РЭММА-202МВ (аналитик В.А. Котляров, ИМин УрО РАН). Валовый химический анализ пород выполнялся классическим химическим методом (Южно-Уральский центр коллективного пользования по исследованию минерального сырья ИМин УрО РАН, аттестат № РОСС RU.0001.514536). Атомно-абсорбционная спектрометрия для определения содержаний Pb, Cu, Sr, Zn, Ni, Fe, Co в барите и кальците, Ag и Au – в бурых железняках и кварце проведена в лаборатории ОАО «Александринская горнорудная компания» и химической лаборатории ИМин УрО РАН (аналитик Ю.Ф. Мельнова). Масс-спектроскопия с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) проводилась на приборе Perkin Elmer ELAN 9000, (аналитик Д.Н. Киселева, ИГГ УрО РАН). Газово-хроматографический анализ выполнен на хроматографе серии «Цвет-100» с пиролитической приставкой П-75 (аналитик О.Ф. Миронова, Институт геохимии и аналитической химии, Москва). Методом инфракрасной Фурье-спектроскопии изучалось структурное положение воды, и проводилась количественная оценка содержания различных водородсодержащих группировок в кварце (аналитик М. В. Штенберг, Фурье-спектрометр Nexus-870, ИМин УрО РАН). Для всех зарегистрированных спектров была выполнена процедура коррекции базовой линии, и полученные спектры пропускания были пересчитаны в спектры поглощения (оптическую плотность) с нормировкой на толщину образца. Обработка спектров произведена с помощью программного пакета OMNIC. Для разложения спектра на суперпозицию отдельных линий использована программа Peakfit. Количественная оценка водородсодержащих группировок производилась по закону Бугера-Ламберта-Бера: , где A – оптическая плотность, ε – молярный коэффициент поглощения (л∙моль^-1∙см^-1), c – концентрация (моль∙л^-1) и d – толщина поглощаемого слоя (см). В работе использовалось упрощенное соотношение: , где C_H – число атомов H на 10⁶ атомов Si, A – калибровочный коэффициент,  – нормированная интегральная интенсивность характеристической линии, см^-2. Калибровочные коэффициенты для молекулярной воды и гидроксильных групп взяты и (Kronenberg, 1994).

Личный вклад автора заключается в непосредственном участии во всех этапах изучения: сборе каменного материала, геологической документации опорных обнажений и разведочных траншей, выполнении оптических и термобарогеохимических исследований.

Научная новизна. Впервые для изученных объектов выделены и охарактеризованы две гидротермальные системы, приуроченные к среднедевонскому андезибазальтовому и раннекаменноугольному трахибазальт-трахириолитовому вулканическим комплексам. Определен флюидный режим формирования этих палеогидротермальных систем. Первая функционировала при температурах 180–290°С и хлоридно-натриевых растворах с соленостью 3–7 мас. % экв. NaCl, формирование второй происходило при температурах 150–350°С из хлоридно-калиево-натриевых растворов с повышенной соленостью 9–19 мас. % экв. NaCl. В работе применен системный подход к получению термобарогеохимических данных, который заключается в изучении физико-химических параметров на различных уровнях палеогидротермальных систем.

Практическое значение. Исследование палеогидротермальной системы в среднедевонских вулканитах дало возможность сопоставить оруденение с золото-сульфидным (муртыктинский) типом месторождений и рекомендовать проведение поисково-оценочных работ на золото [Знаменский, 1992; Зайков и др., 2004; Novoselov, Belogub, 2005; Семибратова, Юминов, 2007]. Исследование барит-полиметаллической и редкоземельной минерализации в палеогидротермальной системе раннекаменноугольного вулканического комплекса дало новую информацию о ее металлогеническом потенциале. Изучение минералогии, петрографии, химических, физических свойств и условий формирования гематит-кварцевых пород позволило разработать рекомендации по их использованию в качестве декоративно-поделочного сырья. Произведен подсчет прогнозных ресурсов декоративно-поделочного сырья с различными технологическими свойствами и разработаны рекомендации по селективной выемке камня [Разработка…, 2007ф].

Результаты работ представлялись в ОАО «Александринская горнорудная компания», СПЛиАЦ «Аркаим», ОАО «Башкиргеология» и Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере в форме отчетов и информационных записок.

Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на Научной студенческой школе «Металлогения древних и современных океанов» (Миасс, 2004–2008); областной научно-практической конференции «Новые направления и методы поисков месторождений полезных ископаемых» (Челябинск, 2004); Всероссийских научных чтениях им. В.О. Полякова (Миасс, 2005); Международном петрографическом совещании «Петрография XXI века» (Апатиты, 2005); Сибирской международной конференции молодых ученых по наукам о Земле (Новосибирск, 2004, 2006); XXI Всероссийской молодежной конференции «Строение литосферы и геодинамика» (Иркутск, 2005); VI Межрегиональной научно-практической конференции «Геология, полезные ископаемые и проблемы геоэкологии Башкортостана» (Уфа, 2006); I Демидовских Чтениях на Урале (Екатеринбург, 2006); IV Уральском металлогеническом совещании (Миасс, 2006); Годичном собрании Российского минералогического общества (Санкт-Петербург, 2006); 12^th Quadrenial IAGOD symposium (Москва, 2006). Fermor meeting «Magmas. Minerals. Megastructures» (London, 2006); MDSG 29^th Annual Winter Conference (London, 2006).

Публикации. По тематике диссертации опубликовано 35 работ, в том числе 2 статьи в рецензируемых изданиях.

Автор выражает искреннюю благодарность своему научному руководителю В.В. Зайкову за постоянное внимание и ценные советы; директору ИМин УрО РАН член-корр. РАН В.Н. Анфилогову, зав. лабораторией минералогии рудогенеза В.В. Масленникову и сотрудникам Института минералогии Е.В. Зайковой, А.М. Юминову, Е.В. Белогуб, К.А. Новоселову, В.А. Попову, И.Ю. Мелекесцевой, Д.А. Артемьеву, А.Г. Кораблеву и другим коллегам и друзьям за помощь в исследованиях, консультации, критические замечания и поддержку. Большая помощь в аналитических исследованиях при выполнении работы была оказана Р. Херрингтоном (Музей естественной истории), Дж. Уилкинсоном (Королевский колледж), З.А. Котельниковой (ИГЕМ РАН). Автор признателен В.А. Котлярову, Е.И. Чурину, П.В. Хворову, С.А. Садыкову, М. В. Штенбергу (ИМин УрО РАН), О.Ф. Мироновой (ГЕОХИ РАН) за выполнение аналитических работ и консультации; Г.Б. Здановичу, А.М. Кисленко, Н.С. Михайловой и М.Н. Анкушеву за содействие в полевых работах. Автор также благодарит коллективы шлифовальных мастерских ИМин УрО РАН и МГФ ЮУрГУ и лабораторию геоэкологии и техногенеза ИМин УрО РАН во главе с В.Н. Удачиным.

Исследования были поддержаны РФФИ (04-05-96014-р2004урал_а, 06-05-74774-з), Министерством образования РФ (01.1204ф, РНП.2.1.1.1840), Федеральным агентством по образованию РФ (40/21-176), программой Приоритетного направления Президиума РАН №14: «Мировой океан: геология, геодинамика, физика, биология», «Университеты России» (УР.09.01.048), интеграционным проектом ученых Уральского и Сибирского отделений РАН, грантами молодых ученых УрО РАН, Фондом содействия отечественной науке, Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере (№ 7477) и Правительством Челябинской области.