Золоторудные месторождения типа карлин - критерии их выявления.
Охарактеризованы месторождения карлинского типа в США, представленные стратифицированными залежами вкрапленных руд с тонкодисперсным золотом. Показано, что месторождения имели длительную историю формирования, а первоначальное накопление металла происходило в кембрийскую эпоху на границе эви миогеосинклинальных систем.
В 1960 году в США на севере штата Невада в силурийских карбонатных толщах было открыто крупное месторождение Карлин. Основная особенность этого месторождения состояла в том, что его руды были представлены вкрапленностью сульфидов, а золото субмикроскопическими (от микрона и меньше) выделениями, не дающими ореолов рассеяния и соответственно трудными для выявления.
Месторождения этого типа привлекли внимание российских геологов и рассматривались в разные годы в работах С.Д.Шера, А.И.Кривцова и И.Ф.Мигачева и др. В.ИЛайбородин, В.М.Мерзляков и А.А.Сидоров указывают на возможность обнаружения месторождений этого типа на Северо-Востоке России. За последние десятилетия получено много новых данных о подобных месторождениях и условиях их образования. Соответственно могут быть определены и новые подходы к прогнозированию месторождений карлинского типа в различных регионах России.
К настоящему времени в шт. Невада выявлено более 20 однотипных объектов, заключающих значительные ресурсы: прогнозные ресурсы оцениваются в 10 тыс. т Au, запасы (подтвержденные ресурсы) около 3 тыс. т, ежегодная добыча составляет около 300 т Au.
Очевидно, что месторождения карлинского типа крупный резерв золотодобывающей промышленности. Критерии их прогнозирования рассмотрены ниже.
Пояс золото-арсенидных месторождений шт. Невада, по представлениям П.Джо-ралемона, высказанным еще в 1951 г., протягивается в близмеридиональном направлении на 960 км; в его пределах расположено более 20 месторождений с тонкодисперсным золотом. Следует отметить отчетливую геотектоническую позицию пояса положение в краевой части палеозойской эвгеосинклинали на границе с миогеосинклиналью и в пределах устойчивого в палеозое геоантиклинального поднятия, разделяющего эти структуры. В то же время, обнаруживая такую отчетливую связь с древними структурами, золото-арсенидный пояс почти по оси рассекает третичную вулканическую провинцию Бассейнов и Хребтов. Такое его положение закономерно связано со структурами глубокой проницаемости и возможностью отдаленной транспортировки глубинных рудоносных флюидов, что обеспечивается как по глубинным пограничным структурам, так и по сопряженным с ними новейшим структурам сводообразования.
Общими особенностями золоторудных месторождений пояса являются: наличие мышьяка, высокое золото-серебряное отношение (1: 1-1: 10), площадные геохимические аномалии мышьяка и бария. Рудные тела представлены залежами пластообразной формы с рассеянной и прожилковой минерализацией. Средние содержания золота 1, 6-3, 2 г/т, максимальное 10-30 г/т.
Помимо пирита, реальгара, арсенопирита и золота месторождения содержат небольшое количество антимонита и киновари, а также сульфосоли серебра. Основные жильные минералы кварц) барит, флюорит, кальцит. Общее количество сульфидов редко превышает 5%. Близость вещественного состава руд месторождений сохраняется, несмотря на большое разнообразие вмещающих пород сланцы, аляскиты, андезиты, риолиты, известняки и известковистые сланцы. Золото чрезвычайно мелкое (тысячные доли микрометра на большей части месторождений). Устанавливаются интенсивное замещение карбонатов вмещающих пород кремнеземом, привнес Fe, Ва, As, Hg, Sb, Pb, Zn, Cu, W, Au, AgnS.
К настоящему времени выявилась концентрация месторождений в двух зонах северо-северо-восточного простирания: трендах Карлин и Кортес, диагональных общему простиранию пояса. В тренде Карлин сосредоточены основные добычные работы на золото в США. Он имеет протяженность около 65 км при ширине 8 км и заключает месторождения вкрапленного типа с тонкодисперсным золотом в осадочных породах. Месторождения с запасами менее 7, 8 т в районе не учитываются. Это связано с экономическими отраничениями минимальных запасов, рентабельных для отработки. Распределение месторождений с запасами от 7, 8 до 93, 3 т Au подчиняется лотнормальному закону. Объекты с запасами более 93, 3 т Au не обнаружены, что обусловлено геологическими факторами и также объясняется параболической кривой распределения запасов.
О.Д.Христенсен отметил значение стратиграфического контроля в размещении золотого оруденения карлинского типа, которое приурочено к верхней части среднесилурийской верхнедевонской формации Робертс Маунтинс. История развития региона представляется этому автору следующей. В раннем палеозое область Восточной Невады была приурочена к пассивному западному краю Северо-Америкайского континента. Отложение мощной толщи осадков происходило вдоль зоны шельфа и континентального склона: состав пород варьирует от континентально-шельфовых карбонатных пород на востоке до тонкозернистых кремнистых обломочных пород и сланцев на западе. Тектоническая деятельность в пределах раннемиссисипского орогена привела к тому, что ассоциация эвгеосинклинальных кремнистых осадочных пород была надвинута на миогеосинклинальные карбонатные толщи по разлому Робертс Маунтинс.
Подъем региона сопровождался частичным размывом и переотложением кремнистых осадков в соседнем тыловом бассейне. Возникли три главных элемента геологической архитектуры: автохтонные шельфовые карбонатные толщи, аллохтонные кремнистые осадки и грубозернистый кластический материал. В позднемезозойское время плутоническая деятельность была сопряжена с куполообразованием и складчатостью осадочных пород. Комплекс карбонатных пород обнажен в нескольких эрозионных окнах, а юрско-меловой гранодиоритовый шток в окрестностях рудника Пост. Третичные штоки и дайки среднего состава широко распространены, но почти не выходят на дневную поверхность. Современная топография определяется широким развитием кайнозойских разломов возрастом около 17 млн. лет. Возраст золотой минерализации фиксируется нечетко: максимальный в 145 млн. лет устанавливается по минерализованным гранодаоритам интрузива Голдстрайк; минимальный в "5 млн. лет фиксируется по присутствию рудокластов с золотом в плиоценовой толще аллювиальных конгломератов, перекрывающих месторождение Голд Куорри. Наиболее вероятен средае-позднетретичный возраст золотой минерализации.
Рудные тела месторождения Карлин находятся в верхней части свиты Роберт Маунтинс раннесилурийского возраста и размещаются в первой сотне метров ниже надвита Роберт Маунтинс.. Золото неравномерно рассеяно по пластам карбонатных пород. Минерализация, сопутствующая золотому оруденению, представлена кварцем, баритом, реальгаром, пиритом, антимонитом, киноварью, сфалеритом и галенитом. Золото присутствует как самородный металл, а также, возможно, в виде элементоорганических соединений. Устанавливается такая последовательность минералообразования: рассеянный кварц, пирит, Аи, сульфиды As, Sb, Hg, главным образом реальгар, аурипигмент, антимонит и киноварь в ассоциации с поздним баритом; сульфиды РЬ, Zn, Си, Мо. Интересно наличие самородного мышьяка в виде мелких (2-30 мкм) сферических выделений. Отмечается также, что руды с низким содержанием органического углерода характеризуются высокой корреляцией Аи-HgAs-Sb, а в высокоуглеродистых рудах высокая корреляция устанавливается только между Аи и НЬ, что отражает тесную связь обоих элементов с органическим веществом. Содержания золота в рудах 7-10 г/т, границы рудного тела определяются по данным опробования. Материалы рудничной разведки и отработки месторождения показали чрезвычайную нарушенность рудовмещающей толщи разрывами, в основном северозападного простирания, соответствующими преимущественной ориентировке даек и, несомненно, более поздними по отношению к региональному надвигу Роберт Маунтинс.
Месторождение было выявлено по геохимической аномалии As и Аи в эрозионном окне, вскрывшем лежачий бок надвита.
Месторождение Голд Куорри расположено на юго-западном краю тектонического окна Карлин, представляющем собой выход карбонатных пород округлой формы диаметром около 3 км. Крутопадающие сбросы и разрывы прослеживаются в краевых частях рудоносной площади. Доказанные запасы месторождения оцениваются в 223 млн. т руды со средними содержаниями 1, 5 г/т Аи. Разработка и обогащение руд Голд Куорри начались в 1985 г., кучное выщелачивание в 1986 г. Главное рудное тело разрабатывается карьером, который достигает длины 1830 м, ширины 1220 м и глубины 300 м.
Основная рудная залежь заключена в мощной 450-метровой пачке алевролитов, сланцев, песчаников, алевритистых известняков и кремней, считающейся частью переходной толщи, отложенной на палеозойском склоне между восточным и западным комплексами пород. Кремнисто-обломочные осадочные породы обычно тонкослоистые и пластичные. Рудные столбы, имеющие форму от таблитчатой до неправильной, связываются с разломами и трещинами северо-восточного и северо-западного простирания. К пересечениям структур часто приурочены значительные, хотя и непротяженные, рудные линзы.
Месторождение состоит из линз сравнительно богатой золотой руды, неравномерно распределенных в пределах крупного рудного тела с низкими концентрациями и контролируемых разрывными нарушениями. Основная рудная залежь простирается с севера на юг на 600 м и погружается на восток под углом 45-50 градусов.
Распределение метасоматических изменений, как и золота, связано с крутопадающими разрывами и трещинами. Самый распространенный тип изменений окварцевание; проявлено несколько стадий окварцевания и брекчирования. Привнес кремнезема привел к преобразованиям пород, состав которых варьирует от относительно неизмененных алевролитов до существенно кремнистых образований, содержащих более 97% кремнезема. За главным этапом окварцевания последовали аргиллизация и алунитизация; локальная баритизация часто отмечается в основной зоне, особенно вблизи крупных разрывов. Большое значение, особенно в технологическом аспекте, имеют гипергенные изменения. Первичные неокисленные углеродистые руды наблюдаются на глубине более 120-200 м от дневной поверхности.
Легкообогатимые типы руд приурочены к верхней части основного рудного тела. Они состоят из окисленных аргиллит-алевролитов. Металлическое золото присутствует в виде тонких (1-10 мкм) частиц в глинистых интерспщиях между зернами кварца. Металлическое золото и золотоносные сульфиды встречаются также в окремнелых алевролитах, в ассоциации с кварцем, в котором они заполняют тонкие трещины. Большую часть составляют кремнистые упорные руды, требующие тонкого измельчения. В них тонкая субмикрометрическая вкрапленность металлического золота или золотоносных сульфидов заключена в непроницаемый матрикс микрокристаллического кварца, халцедона, кремня или аморфных форм опалового кремнезема. Изучение под микроскопом показало, что во многих кремнистых породах поры размером от микрометра до субмикрометров заполнены поздними формами кремнезема, препятствующими прохождению раствора цианида к тонким включениям золота.
По мере выявления новых однотипных месторождений мотив приуроченности оруденения к лежачему боку регионального надвита исчезает, и все более выступает приуроченность оруденения к сопряженным углисто-глинисто-карбонатной и известково-алевролитовой пачкам силурийского возраста, заключенным в активизированных блоковых структурах.
В третичное время территория шт. Невада была разбита крутопадающими сбросами на серию неравномерно приподнятых блоков. Эрозия поднятых блоков привела к размыву пород верхней пластины и образованию окон, в которых обнажались толщи нижней пластины. Район Джери Каньон один из таких эродированных приподнятых блоков, где рудником Белл отрабатывается пять минерализованных площадей, разбуренных до 3300 м в длину и 1200 м в ширину. Минерализация в этих областях стратифицирована и залегает только в благоприятных горизонтах. Отдельные рудные тела в плане непротяженны и тяготеют к пересечениям сбросов с благоприятными горизонтами. Мощность рудных тел увеличивается вблизи сбросов и уменьшается по мере удаления, с погружением рудоносного горизонта.
Установлены два типа руд углеродистый и оксидный, что характерно и для других однотипных месторождений штата с дисперсным золотом. Углеродистые руды это темно-серые до черных пиритизированные алевро-карбонатные или карбонатно-алевритовые сланцы, содержащие до 30 г/т Au. Породы повсеместно окремнены Свободное золото в углеродистых рудах не обнаружено. Оксидные руды аналогичны углеродистым, но в целом они имеют более светлую окраску и содержат меньше углеродистого вещества. Такие руды формируются, вероятно, за счет углеродистых под действием грунтовых вод или поздних стадий гидротермальных флюидов Выделение двух типов руд целесообразно с экономической точки зрения, поскольку углеродистые руды требуют окисления для нейтрализации углеродистого вещества, без чего невозможно полное извлечение золота.
Выделения свободного золота, наблюдаемые в рудах под электронным микроскопом, в большинстве случаев менее 1 мкм в диаметре, иногда до 4 мкм, а во многих случаях меньше разрешающей способности электронной техники. Размер частиц золота не позволяет фиксировать его при шлиховой съемке. С золотом ассоциируют, в порядке устойчивости связей, реальгар, аурипигмент, арсенопирит и киноварь. Первые три арсенида приурочены к кальциту или заключены в трещинках, пересекающих углеродистые руды, но не устанавливаются в окисленных рудах. Киноварь присутствует в обоих типах руд. Антимонит, барит и кварц обнаруживаются в виде кристаллов в жилках и открытых трещинах, пересекающих джаспероиды вблизи рудных тел. Эти минералы сформировались, вероятно, в поздние стадии минерализации.
Важно отметить переотложение углеродистого материала из горизонтов в сбросы, где он в виде маслянистых черных графитистых и углистых масс образует плитообразные, явно эпигенетичные тела. Как следствие ремобилизации в окружающих породах концентрации углеродистого вещества падают. Переотложение углерода и общий дефицит кальцита в породе обычно бывают связаны с рудной минерализацией, поскольку обусловлены единым гидротермальным процессом. Переотложение углерода химически обычно весьма активный процесс, при котором золото, вероятно, может переноситься в цианидном растворе, поэтому на наличие таких переотложенных в трещины углеродистых образований нужно обращать особое внимание при прогнозировании.
Наряду с крупнообъемными месторождениями, пригодными для открытой отработки, выявлены богатые рудные залежи, примером которых служит самое богатое на сегодня в США месторождение Мейкл. Месторождение расположено в пределах тренда Карлин и представляет собой весьма богатый глубоко-залегающий (около 500 м) объект карлинского типа. Открыто в 1989 г. в результате систематического разбуривания выходящей на дневную поверхность безрудной зоны окварцевания. Богатая руда была подсечена лишь десятой по счету глубокой скважиной.
Разведанные запасы золота составляют 198 т при среднем содержании 20 г/т. Ежедневно добывается 2100 т руды. Рудовмещающие породы турбидиты и брекчированные известняки девонской формации Попович подстилаются слабоминерализованными на данном месторождении доломитами и доломитизированными известняками формации Робертс Маунтинс. К рудовмещающим породам относится также дайка лампрофиров. Рудные тела представляют с .бой изогнутые плитообразные зоны вкрапленной сульфидной минерализации. Рудные минералы тонкозернистый пирит, марказит, арсенопирит. Характерные особенности месторождения высокий тепловой поток в шахтах, повсеместное развитие жил, прожилков и гигантских полостей-каверн, выполненных крупнокристаллическим друзовым кальцитом и баритом. Изредка встречаются антимонит-кварцевые жилы.
Таким образом, месторождения, локализованные в тренде Карлин, достаточно разнообразны, и поэтому к карлинскому типу следует относить объекты, сходные с месторождением Карлин и характеризующиеся:
известково-глинистым составом разреза рудовмещающих пород;
стратифицированным характером рудных тел;
прожилково-вкрапленным оруденением;
сульфидным (преимущественно пиритарсенопиритовым) составом руд с тонкодисперсными (микронными) выделениями золота в сульфидах;
наличием низкотемпературной сурьмяно-мышьяково-ртутной минерализации в ассоциации с аргиллизитами.
В России и бывшем СССР выявлена большая группа месторождений с тонкодисперсным золотом в сульфидах (Майское, Даугыз, Олимпиада, Коклатас и др.), относимых нами к золото-мышьяковисто-сульфидной формации.
Наиболее близким карлинскому типу, возможно, его метаморфизованным аналогом, является месторождение Олимпиада на севере Енисейского кряжа. Месторождение представлено прожилково-вкрапленными пирит-арсенопиритовыми упорными рудами с тонкодисперсным золотом, заключенными в пачке перемежающихся кристаллических сланцев и мраморов. Рудное тело в целом конформно этой пачке, маркирующей сложнопостроенную складчатую структуру.
Выше была отмечена приуроченность невадийского близмеридионального пояса вкрапленных золото-арсенидных месторождений к области смены фаций эвгеосинклинального и миогеосинклинального режимов развития, разделенных валообразным поднятием в ордовик-кембрийское время, когда формировалась рудовмещающая формация. Анализ многочисленных литературных источников, а также результаты личного изучения ряда месторождений позволяют наметить три этапа формирования руд:
накопление первично-осадочных или гидротермально-осадочных руд вдоль зоны глубинного разлома, разделяющего мета-структуры с эви миогеосинклинальным режимом развития;
внедрение в ларамийское время вдоль этой зоны интрузивных штоков и частичная перегруппировка рудного вещества с образованием небольших золото-скарновых месторождений;
образование в третичное время протяженных зон трещиноватости северо-западного простирания, диагональных простиранию пояса (тренды Карлин и Кортес), и формирование мощных зон аргиллизитов с наложенной ртутно-сурьмяной минерализацией, сопровождавшейся переотложением золота вдоль зон метасоматоза и их частичным обогащением.
В последнее время появились дополнительные обоснования этой точки зрения. В фундаментальном исследовании Теда Теодора и Гейла Джонса (1992 г.) среди тонко-и криптокристаллических структур джаспероидов под электронным микроскопом определены коллоидальные выделения кремнезема (опалина), имеющие сфероидальное ритмично-колломорфное строение. Видна последовательная перекристаллизация опалина в халцедон и кварц, причем отдельные золотины микронного размера окаймляют опалиновые стяжения. На основании детального изучения стабильных изотопов S, О, D и флюидных включений рудных джаспероидов, барита, кальцита, пирита, реальгара и аурипигмента группой авторов показано, что процесс рудообразования может быть описан моделью смешения нагретых метеорных вод глубокой циркуляции, богатых H2S и экстрагирующих золото из подстилающих пород с переводом его в форму Au(HS)2_i, с метеорными водами и окисным железом рудовмещающей толщи, что сопровождается образованием пирита и одновременным осаждением дисперсного золота по реакции: Au(HS)2-1, +FeO+H = FeS2+Au+H20+l/2H2. Привнос каких-либо эндогенных компонентов в этот период отсутствовал.
Основными прогнозно-поисковыми критериями и признаками оруденения карлинского типа, исходя из изложенных выше данных, можно считать:
1. Положение в зоне сопряжения эви миогеосинклинальных структур (пассивная континентальная окраина), осложненной валообразным поднятием (возможно, форма проявления глубинного разлома).
2. Приуроченность к известковисто-глинистым фациям флишоидных и турбидитовых комплексов.
3. Приуроченность к приподнятым блокам, по которым рудовмещающая толща выводится на поверхность.
4. Наличие горизонтов окварцевания, иногда безрудных в "чехольных" частях, развивающихся по мергелистым и доломитовым горизонтам.
5. Выделения в трещинках реальгара, аурипигмента и углеродистого вещества.
В качестве основного метода поисков эффективна геохимическая съемка, однако для выявления неэродированных частей рудоносной формации необходимы поисковое бурение и специальные палеотектонические и литолого-фациальные реконструкции.