Петролого-геохимические критерии рудоносности белокурихинского комплекса Алтая

Актуальность работы. Металлогеническую специфику Алтая составляет большой перечень металлов, в том числе месторождения бериллия, олова, вольфрама, молибдена, тантала и ниобия. Однако в настоящее время на территории Горного Алтая детально изучены только Алахинское танталовое месторождение [Кудрин и др., 1994] и Калгутинское редкометалльное месторождение [Калгутинское., 2008]. При этом есть ряд перспективных территорий на редкометалльное оруденение, которые изучены слабо. К числу таких относятся территории развития белокурихинского комплекса, сформировавшегося в западном сегменте Алтае-Саянской складчатой области в поздней перми-раннем триасе. Ранее его металлогеническую специфику рассматривали как вольфрамовую и молибденовую. Между тем отмечаются перспективы комплекса и на редкие металлы. Однако в настоящее время не существует, единого систематизированного представления о закономерностях эволюции глубинного магматического очага, сформировавшего дериваты белокурихинского комплекса, за исключением разрозненных публикаций об отдельных его частях. Этому также препятствует выделение необоснованно большого количества интрузивных комплексов в пределах изучаемой территории при проведении геолого-съёмочных работ масштаба 1:50 000. Ситуация усугубляется тем, что на территории выходов белокурихинского комплекса съёмочные работы проводили исполнители разных геологических предприятий: Северо-Алтайской (Бийск) и Западно-Сибирской (Елань) экспедиций. Для объективной оценки перспектив рудоносности белокурихинского комплекса необходимы доизучение существующих месторождений на основе современных генетических моделей и новых подходов к минерагенической оценке магматитов. Актуальность проведенных исследований определяется необходимостью комплексных исследований петролого-геохимических критериев рудоносности белокурихинского комплекса.

Цель работы. Изучение петролого-геохимических признаков локализации редкометалльного оруденения, связанного с магматическими образованиями белокурихинского комплекса и выработка на этой основе комплексных критериев оценки прогнозных перспектив территории.

Задачи исследований.

1. Уточнение структурной и геодинамической позиции магматических образований белокурихинского комплекса и его объема с учетом мантийно-корового взаимодействия.

2. Расшифровка с помощью геофизических данных глубинного строения интрузий белокурихинского комплекса, вмещающих редкометалльное оруденение.

3. Изучение петрографических и геохимических особенностей магматических образований белокурихинского комплекса для выявления связей магматизма и оруденения.

4. Определение параметров флюидного режима формирования магматитов белокурихинского комплекса.

5. Разработка комплекса прогнозно-поисковых критериев редкометалльного оруденения и рекомендаций по проведению дальнейших поисковых работ на территории белокурихинского комплекса.

Фактический материал работы. В основу работы положены результаты полевых и камеральных работ, проведённых автором в период с 2006 по 2010 гг., а также результаты научно-исследовательских работ (НИР), выполненных автором в рамках проекта аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы» (2008;2010 гг.). Изучение состава и фазовых взаимоотношений пород комплекса проведено в петротипическом Белокурихинском плутоне, Сростинском и Бабырганском массивах. Оруденение в грейзенах изучено на Курановском кварцево-грейзеновом бериллиевом месторождении, в пегматитах — на проявлениях бериллия ручья Крутенького и тантало-ниобатов ручья Слепого, кварцево-жильное оруденение — на вольфрамовом Осиновском месторождении и проявлении бериллия Красный Городок. Собранный каменный материал отражает фазовые взаимоотношения породных типов белокурихинского комплекса и рудную минерализацию.

Изучено более 500 шлифов и аншлифов магматических и рудных образований. Обработаны результаты анализов более 1200 проб руд, минералов и горных пород, отобранных предшествующими исследователями и лично автором. Анализы выполнены в различных лабораториях. Определения состава минералов осуществлены в Лаборатории и Центре изотопных исследований ВСЕГЕИ (г. Санкт-Петербург) в прозрачно-полированных шлифах на приборе CamScan MV2300 с системой анализа Link ISIS-300. Состав мусковита из пегматитов, щелочных и редких элементов в полевом шпате из пегматитов определен микрозондовым методом в ИМГРЭ (г. Москва), анализ составов биотита из гранитоидов проведён в лаборатории ВСЕГЕИ (г. Санкт-Петербург). Общее число микрозондовых определений составов биотитов — 31, мусковитов — 10, амфиболов — 11, пироксенов — 7. Изучение содержаний элементов-примесей в рудных минералах (вольфрамите, побнерите, пирите, шеелите) проводилось методом ICP-MS, количественным спектральным и кинетическим методами в лаборатории ИМГРЭ (г. Москва).

Силикатный анализ пород на главные компоненты осуществлен рентгеноспектральным флуоресцентным методом во ВСЕГЕИ (г. Санкт-Петербург). Дополнительно силикатный" анализ интрузивных пород выполнялся в аналитикотехнологическом испытательном центре ОАО «НГПЭ» (г. Новосибирск) и в аналитическом центре Запсибгеологии (г. Новокузнецк). Общее число силикатных анализов — 196.

Количественный анализ интрузивных пород на микроэлементы (Си, Pb, Zn, Li, Be, U, Th, Zr, РЗЭ) проведен методом ICP-MS в лаборатории ИМГРЭ (г. Москва). Содержание РЗЭ определялось в лабораториях ГЕОХИ СО РАН (г. Иркутск), ВСЕГЕИ (г. Санкт-Петербург), ОИГГиМ СО РАН (г. Новосибирск). Во ВСЕГЕИ также были определены содержания Со, Ni, Zn, Pb, Li, Sc, Си методом ICP-AES. Общее число масспектрохимических анализов малых элементов методом ICP-MS -168.

Изотопные исследования в цирконах выполнены в Центре изотопных исследований ВСЕГЕИ. Изотопные измерения в цирконах проводилось по классической методике на вторично-ионном микрозонде SHRIMP-II. При выборе в цирконах участков для анализа использовались оптические и катодолюминисцентные наблюдения. Сведения о составе рудообразующих флюидов получены методом термобарогеохимического анализа газово-жидких включений (ГЖВ) кварцев разных генераций, выполненного в лаборатории ИГГиМ СО РАН (г. Новосибирск).

Анализы физических свойств пород (плотность, магнитная восприимчивость, остаточное намагничение) выполнены в Центральной лаборатории Запсибгеологии (г. Новокузнецк). Общее число анализов 765, из них 605 проб из пород разновозрастных свит, 126 из магматических пород, 34 из метаморфических пород метаморфического белокурихинского комплекса.

При обработке полученных аналитических данных использованы разнообразные методики, предложенные российскими и зарубежными исследователями для построения классификационных и дискриминационных диаграмм. Нормирование РЗЭ на спайдеграммах проведено по составу хондрита. Определение принадлежности к шошонитовому типу осуществлено с помощью диаграмм, предложенных рядом исследователей [Peccerillo, 1976; Pearce, 1982; Contrasting origin., 1998; Postcollision., 2001; Гусев, 2003, 2005, 20 076]. Расчеты параметров флюидного режима проведены по методике [Wones, Eugster, 1985]. Тетрадный эффект рассчитан по методике Ирбер [Irber, 1999]. При обработке результатов анализов использованы оригинальные алгоритмы, предложенные авторами методов: слайдинг-нормализация [Janousek, 2006], температура насыщения акцессорными элементами [Petrology, 2002].

Для исследований отбирались неизмененные породы, что подтверждается значениями Th/U (от 1,3 в монцогаббро до 11,5 в лейкогранитах с флюоритом). Достоверность полученных данных также подтверждается значительным количеством анализов, полученных с помощью современных высокоточных методов.

Защищаемые положения:

1. С современных позиций магматизм гранитоидных образований различных ареалов (айскнй, белокурнхинский, сннюишнский, жерновскнй, атурколъский, тархатинский, теранджикский комплексы), имеющих близкий возраст и состав, следует рассматривать в составе единого раннетриасового белокурихинского комплекса.

2. Магматиты белокурихинского комплекса, относимые к шогионитовому типу, сформировались из обогащенного мантийного источника в результате мантийно-корового взаимодействия в условиях высокой флюидонасыщенности.

3. Петрологические критерии рудоносности интрузий белокурихинского комплекса определяются особенностями магматической дифференциации при мантийно-коровом взаимодействии и меняющихся параметрах флюидного режима (повышенной восстаповленности флюидов при формировании лейкогранитов, повышенных концентрациях фтора, бора, углекислоты во флюидах).

4. Геохимическими критериями рудоносности отдельных фаз белокурихинского комплекса служат повышенные содержания редких элементов (Та, ЫЬ, Ы, Ве) и Ж, Мо в биотитах, мусковитах, турмалинах гранитоидов, а также минералах и породах пегматитов и грейзенов.

Научная новизна работы. 1. Выявлена важная роль фтора, бора и других летучих компонентов в локализации редкометалльного оруденения белокурихинского комплекса. 2. Впервые гранитоиды комплекса отнесены к шошонитовому типу (8Н). 3. Установлен мантийный источник формирования магматических образований белокурихинского комплекса. 4. Впервые для Алтая обосновано объединение в единый комплекс многочисленных интрузивов, ранее относившихся, к различным комплексам: белокурихинскому, айскому, теранджикскому, атур кольскому, тархатинскому, синюшинскому. 5. На основе новой генетической интерпретации формирования белокурихинского комплекса автором уточнены прогнозные критерии и определены перспективные участки на редкометалльное оруденение.

Практическая значимость работы. Проведенные исследования дополняют геологическую изученность Горного Алтая. Обосновано более широкое распространение редкометалльного оруденения, связанного с интрузиями белокурихинского комплекса. Дополнен комплекс прогнозно-поисковых критериев и даны рекомендации по проведению дальнейших поисковых работ на площадях развития белокурихинского комплекса. Рекомендации по наиболее перспективным участкам редкометалльного оруденения, связанного с белокурихинским комплексом, переданы в ОАО «Горно-Алтайская экспедиция».

Результаты диссертационного исследования могут быть использованы ОАО «Горно-Алтайская экспедиция» при решении задач перспективной оценки комплексных месторождений полезных ископаемых на редкие и рассеянные (в т.ч. благородные) металлы, как основы для разработки технологии извлечения попутных рудных компонентов и увеличения ценности месторождений. Кроме того, результаты исследований могут представлять интерес при обновлении схем региональной корреляции магматических комплексов и создании региональных Легенд к картам масштаба 1:200 ООО.

Апробация работы и публикации. Результаты исследований докладывались на XI международном научном симпозиуме имени академика М. А. Усова студентов и молодых ученых «Проблемы геологии и освоения недр» (г. Томск) в 2007 г.- на II межвузовской региональной конференции «Геология, география, биология и природные ресурсы Алтая», посвященной 300-летию г. Бийска в 2007 г.- на V, VI и VII Российско-монгольских научных конференциях молодых учёных и студентов «Алтай: экология и природопользование» (г. Бийск) в 2006, 2007 и 2008 гг.- на I международной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов, посвященной памяти академика А. П. Карпинского (г. Санкт-Петербург) в 2009 г.- на Всероссийской петрографической конференции «Петрология магматических и метаморфических комплексов» (г. Томск) в 2009 г.- на III научно-практической конференции, посвященной 300-летию г. Бийска «Геология, география, биология и природные ресурсы Алтая» (г. Бийск) в 2009 г.- на XVI молодежной научной школе «Металлогения древних и современных океанов — 2010. Рудоносность рифтовых и островодужных структур» (г. Миасс) в 2010 гна международной конференции «Современные проблемы геологии и разведки полезных ископаемых», посвященной 80-летию основания в Томском политехническом университете первой в азиатской части России кафедры «Разведочное дело» (г. Томск) в 2010 г.

Материалы, положенные в основу диссертации, опубликованы в 17 печатных работах, в том числе в монографии и 2 статьях в журналах, рекомендуемых ВАК.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения. В первой главе охарактеризовано состояние изученности и критический обзор достижений предшественников в решении проблем рудогенерирующего магматизма, в частности рассмотрено состояние изученности вопросов петрологии габбро-гранитных серий и редкометалльных гранитов, влияния флюидного режима на оруденение, генетических моделей рудообразования и других. Во второй главе показано структурно-тектоническое положение интрузий белокурихинского комплекса, уточнено место комплекса в истории развития Алтае-Саянской складчатой области, дана геологическая характеристика эталонных интрузивных массивов комплекса, приведены геологические свидетельства в пользу объединения ранее самостоятельных многочисленных одновозрастных и аналогичных по составу.

Выводы: С гранитоидами белокурихинского комплекса связаны различные типы оруденения и отдельные массивы гранитоидов имеют специфические минерагенические особенности. Металлогения рудогенерирующих гранитоидов белокурихинского комплекса охватывает: бериллоносные пегматиты (Курановское), пегматиты тантал-ниобиевые (проявление ручья Слепого, Даниловское), вольфрам-молибденовые скарновые (Щемиловское месторождение) и оловоносные скарновые месторождения (Западный и Восточный Карагу), жильные вольфрам-молибденовые (Батунковское, Дмитриевское, Осокинское, Верхнее-Белокурихинское, Токаревское), жильные золото-сульфидно-кварцевые проявления (Атбаши), вольфрам-золоторудные скарновые (Атуркольское, Саратанское), кварцево-грейзеновые вольфрам-молибденовые (Казандинское, Осиновское) месторождения и проявления.

Рудоносность белокурихинского комплекса во многом обусловлена процессами мантийно-корового взаимодействия, которые наиболее ярко проявились на заключительных этапах становления интрузий при формировании лейкогранитов в условиях повышенной флюидонасыщенности и высоких содержаний фтора во флюидах. На основе этого выделены следующие критерии рудоносности: наличие пространственной и парагенетической связи с заключительными фазами внедрения белокурихинского комплекса (лейкогранитами) — приуроченность рудных узлов и полей к зонам пересечения глубинных региональных разломовналичие плотных экранов, перекрывающих трещинные зонырудовмещающие породы — известняки, особенно органогенныевысокие концентрации HF во флюидахналичие минераловконцентраторов фтора, бора и редких элементов (флюорит, калиевые полевые шпаты, турмалин).

В соответствии с выделенными петролого-геохимическими критериями рудоносности определены прогнозные площади различной перспективности и обоснована очерёдность проведения поисковых, оценочных и разведочных работ. К экономически эффективным прогнозным ресурсам для формирования резервных объектов минерального сырья (второй очереди) отнесены следующие территорииНово-Колыванское бериллий-вольфрамовое рудное поле с неразведанными Новоколыванским месторождением и Западным рудопроявлением гидротермально-плутогенного генетического типа кварцево-жильной вольфрамовой формации и Белореченское бериллий-вольфрамовое рудное поле с месторождением Белорецкий рудник.

К прогнозным ресурсам для перспективного планирования развития минерально-сырьевой базы (третьей очереди) отнесены Искровско-Белокурихинская уран-редкометаллъная рудная зона, приуроченная к одноименной тектонической зоне и контролируемая одноимённым разломом субширотной ориентировки. В её пределах прогнозируется месторождение вольфрама жильного редкометалльно-пегматитового типа в сочетании с рудоносными грейзенами. Щемиловское бериллий-молибден-вольфрамовое рудопроявление вольфрам-молибденовой скарновой формации, расположенное в пределах субширотной рудной зоны и генетически и пространственно связанное с лейкогранитами белокурихинского комплекса. На площади Щебетинского узла в связи с высокими содержаниями шеелита в ореолах, развитых на значительных площадях, прогнозируются промышленные месторождения вольфрама кварцево-жильного, штокверкового шеелитового и вольфрамитового типов.

Заключение

.

Массивы белокурихинского комплекса монцонит-сиенит-гранит-лейкогранито-вого состава распространены в пределах Ануйско-Чуйской, Талицкой, Бийско-Катунской, структурно-формационных зон Горного Алтая, с которыми связано вольфрам-молибденовое скарновое, вольфрам-молибденовое грейзеновое и жильное оруденение, пегматитовое бериллиевое, тантал-ниобиевое, литиевое оруденение. Интрузивы белокурихинского комплекса встречаются также в Рудно-Алтайской структурно-формационной зоне (Тигирекский, Саввушинский и другие массивы) и в Салаире (интрузии ранее выделявшегося жерновского комплекса), где имеются проявления и аномалии олова, редких земель, тантала, ниобия. В позднепермско-раннетриасовый этап развития региона структурно-формационные зоны не выделяются и весь регион развивался под воздействием Сибирского суперплюма и па исследуемой территории возможно выделение единой Тигирекско-Белокурихинской металлогеиической области с вольфрам-молибденовым и редкометалльным оруденением.

Формирование массивов белокурихинского комплекса (Р2-Т1) происходило в результате мантийно-корового взаимодействия и разной степени контаминации корового материала в условиях рифтогенеза, инициированного плюмтектоникой. Становление интрузий изучаемого комплекса происходило в структурах межформационного несогласия. Благодаря контрастным физико-механическим свойствам пород нижнего рифей-венд-силур-ордовикского метаморфизованного и верхнего осадочного раннедевонского этажей создались благоприятные условия для подъёма магм по вертикальным глубинным разломам в фундаменте. В связи с тем, что интрузивы белокурихинского комплекса имеют поясовое расположение, вытягиваясь вдоль вмещающей шовной структуры перехода Бийско-Барнаульской впадины к горно-складчатому сооружению. Фактические данные по массивам белокурихинского эталона показывают, что они имеют различный эрозионный срез, увеличивающийся в направлении от Белокурихинского плутона к Теранджикскому и Тархатинскому массивам, и отличаются специфическими особенностями строения.

По данным изотопов Бг и N (1 для пород белокурихинского комплекса источник родоначальной магмы однозначно определяется как обогащённый мантийный источник типа ЕМ II. Сходные и закономерные изменения петро-геохимических характеристик всего набора пород и данные изотопов 8 г и N (1 свидетельствуют о едином источнике формирования базитовых, монцонитоидных, сиенитовых и гранитовых разностей, произошедших в результате дифференциации единой щелочной мантийной базальтовой магмы в глубинном очаге. Породы белокурихинского комплекса образовались в ходе 5 фаз внедрения в гомодромной последовательности от габброидов до лейкогранитов с флюоритом.

В связи с этим выделявшиеся ранее гранитоиды белокурихинского, айского, теранджикского, атуркольского, тархатинского, синюшинского, тигирекского, жерновского комплексов на территории Горного Алтая, Рудного Алтая и Салаира, являются разнофазовыми образованиями единого комплекса с различным уровнем эрозионного среза. Это также подтверждается совмещённостью их с ранними образованиями (габброидами, диоритами, гранодиоритами), близкими возрастными характеристиками, общностью химизма, отсутствием границы раздела по геофизическим характеристикам между белокурихинским комплексом и различными массивами (Айским, Теранджикским и другими).

Впервые гранитоиды белокурихинского комплекса отнесены к гранитам шошонитового типа (8Н-1уре), которым свойственна минерагеническая специфика с реализацией месторождений большого спектра металлов (Ш, Мо, Ве, Та, N1), 1л).

Установлено, что белокурихинская магмо-рудно-метасоматическая система отличается от аналогичных систем Горного Алтая своей открытостью в режиме по фтору. Высокая фтороносность магматогенных флюидов заключительных фаз в дайковых образованиях, штоках лейкогранитов, которая выявляется в белокурихинских дериватах, свойственна открытым системам по фтору в ходе дифференциации магматического очага. В ходе эволюции магматической системы его концентрации поддерживались потоком богатого фтором трансмагматического флюида, особенно при формировании лейкогранитов, для которых подтверждается астеносферный источник. Высокая фтороносность магматогенных флюидов определяла специфические особенности кристаллизационной и эманационной дифференциации, что было особенно важно для поздних фаз становления массивов и пегматитов, для которых выявляется фракционирование элементов (редких земель с проявлением тетрадного эффекта, рудных компонентов — вольфрама, молибдена, тантала, ниобия, бериллия, висмута, серебра и других). Эти особенности формирования массивов реализовались в формировании бериллоносных пегматитовых (Курановское), пегматитовых тантал-ниобиевых (проявление ручья Слепого, Даниловское), вольфрам-молибденовых скарновых (Щемиловское месторождение) и оловоносных скарновых месторождений (Западный и Восточный Карагу), жильных вольфрам-молибденовых (Батунковское, Дмитриевское, Осокинское, Верхне-Белокурихинское, Токаревское), жильных золото-сульфидно-кварцевых проявлений (Атбаши), вольфрам-золоторудных скарновых (Атуркольское, Саратанское), кварцево-грейзеновых вольфрам-молибденовых (Казандинское, Осиновское) месторождений и проявлений.

Выявленные закономерности образования и размещения оруденения интрузий белокурихинского комплекса позволили разработать комплексные прогнозные геолого-поисковые критерии оруденения. Геологическими и петрологическими критериями рудоносности для всех типов оруденения является приуроченность рудных узлов и полей к зонам пересечения глубинных региональных разломов, которые служили проводниками глубинных флюидопотоков и заключительных фаз внедрения — лейкогранитов и лейкогранитов с флюоритом, которые образовали штоки и рои даек, локализующиеся в апикальных осложняющих поднятиях. Редкометалльное оруденение имеет наиболее тесную пространственную и парагенетическую связь с заключительными фазами внедрения.

Минералого-геохимическими критериями рудоносности могут служить минералы-концентраторы фтора, бора и редких элементов (XV, Мо, Ве, Та, N1), 1л, 8п), прежде всего флюорита, который довольно часто встречается на месторождениях разных типов белокурихинского комплекса. Кроме того, показателем высокой флюидонасыщенности при образовании пород являются повышенные концентрации фтора (более 4%) в биотите пород заключительных фаз — лейкогранитов и лейкогранитов с флюоритом. Из геохимических критериев, особо стоит отметить заметное увеличение редкометалльного индекса от монцогаббро к лейкогранитам с флюоритом.

В соответствии с выделенными петролого-геохимическими критериями рудоносности определены прогнозные площади различной перспективности и обоснована очерёдность проведения поисковых, оценочных и разведочных работ. К экономически эффективным прогнозным ресурсам для формирования резервных объектов минерального сырья (второй очереди) отнесены следующие территорииНоео-Колыванское бериллий-вольфрамовое рудное поле с неразведанными Новоколыванским месторождением и Западным рудопроявлением гидротермально-плутогенного генетического типа кварцево-жильной вольфрамовой формации и Белореченское бериллий-вольфрамовое рудное поле с месторождением Белорецкий рудник.

К прогнозным ресурсам для перспективного планирования развития минерально-сырьевой базы (третьей очереди) отнесены Искровско-Белокурихинская уран-редкометалльная рудная зона, приуроченная к одноименной тектонической зоне и контролируемая одноимённым разломом субширотной ориентировки. В её пределах прогнозируется месторождение вольфрама жильного редкометалльно-пегматитового типа в сочетании с рудоносными грейзенами. Щемиловское бериллий-молибден-волъфрамовое рудопроявление вольфрам-молибденовой скарновой формации, приуроченное к кровле Осокинского гранитного массива, сложенной вулканогенноосадочными и карбонатными образованиями девона и прорванной дайкообразными апофизами лейкогранитов с флюоритом. На площади Щебетинского узла в связи с высокими содержаниями шеелита в ореолах, развитых на значительных площадях, прогнозируются промышленные месторождения вольфрама кварцево-жильного, штокверкового шеелитового и вольфрамитового типов.

Таким образом, мантийно-коровое взаимодействие, ярко проявившееся на заключительных фазах внедрения при формировании лейкогранитов белокурихинского комплекса в обстановке повышенной флюидонасыщенности при высоких содержаниях фтора, создало благоприятные условия для генерации не только вольфрам-молибденового, но и для редкометалльного и комплексного золото-редкометалльного оруденения. Благодаря наименьшему эрозионному срезу и близости к шовной зоне наибольшей продуктивностью обладает Белокурихинский редкометалльно-вольфрамовый рудный узел, основой которого являются Белокурихинский и Осокинский массивы.