Золотая руда - прогноз крупных и уникальных месторождений: теория и практика

Золотая руда - прогноз крупных и уникальных месторождений: теория и практика

Анализируются факторы, способствующие образованию крупных, гигантских и уникальных месторождений золота. Обосновывается новая модель формирования уникальных (80 тыс. т) ресурсов золота в метаморфизованных конгломератах типа Витватерсранд, главным элементом которой является SEDEX-процесс, обеспечивающий колчеданообразование в восстановительных условиях и локализацию максимального (70-80%) ресурса золота. Предложены критерии прогнозной оценки золотоносности древних конгломератов и проведена их апробация на примере Карелии.

Известно, что при сравнительно небольшом числе уникальных и крупных месторождений (не более 5% от общего числа всех месторождений) на их долю приходится от 70 до 80% мировых запасов большинства рудных металлов. В то же время, несмотря на важное практическое значение крупных месторождений (например, золоторудные месторождения этого ранга играют ведущую роль в минерально-сырьевом потенциале ЮАР, Канады, Австралии, Узбекистана, России), вопросы их генезиса, а следовательно, и прогнозно-поисковые критерии остаются до сих пор слабо разработанными. Разные исследователи (М.Б.Бородаевская, И.Н.Томпсон, М.М.Константинов, В.П.Федорчук, Е.М.Некрасов, Н.К.Курбанов, Д.В.Рундквист и др.) причины формирования в земной коре промышленных суперконцентраций золота и других рудных металлов видят прежде всего в аномальности (уникальности) способствующих этому факторов: связь с глубинными неоднородностями коры и мантии, особо активное мантийно-коровое взаимодействие в зонах глубинных тепловых потоков (горячие точки), сверхдлительная (до 700 млн. лет) и многократная реювенация и полигенность оруденения, особая геологическая позиция рудолокализующих структур (пересечения линеаментов), включая механизмы их трансформации (зоны смятия), принадлежность их к особой металл" генической эпохе и т.д. Запасы некоторых очень крупных (6001000 т Au) и гигантских (более 1000 т Аи) золоторудных месторождений мира локализованы в докембрийских зеленокаменных поясах (8%), протерозойско-палеозойских черносланцевых толщах (6%) и в древних метаморфизованных конгломератах Витватерсранда, Южная Африка (83%). Максимальная доля запасов золота этих объектов (от мировых ресурсов) сосредоточена в архейских породах (66% с Витватерсрандом), 7, 5% в PR-PZ и только 5% в MZ-KZ. При этом для поздних эпох пока не известны месторождения с запасами золота более 600-700 т.

Выполненные нами ранее обобщения по крупным и гигантским золоторудным месторождениям мира, а также непосредственные исследования на золоторудных полях Витватерсранд и Барбертон в Южной Африке, Мурунтау, ДаугызтауАмантайтау, Кокпатас и КызылалмаКочбулак-Кайрагач в Узбекистане  позволяют сформулировать следующие базовые тезисы.

Суперзапасы золота Витватерсранда (около 80 тыс. т) некорректно сравнивать с другими золоторудными гигантами мира, ибо это интегральные запасы золота восьми рудных полей, локализованные на площади обширного рудного района размером 350х100 км. Что же касается ранга отдельных месторождений в бассейне Витватерсранда, то их запасы стандартны и редко превышают 2 тыс. т.

Золоторудные месторождения формируются в течение всего геологического времени, однако руды обычно моложе вмещающих толщ, т.е. последние являются рудо-локализующими, но никогда рудогенерирующими.

Все золоторудные месторождения, независимо от их возраста, геолого-тектонического положения, состава вмещающих толщ и других признаков, имеют стандартный набор минеральных типов (Аu-шеелит-молибденитовый Аu-пирит-пирротин-арсенопиритовый Аu-полисульфидный Аu-теллуридный), последовательность формирования которых определяется изменением кислотности металлоносных растворов и их температуры. Характерно, что запасы Аu на этих месторождениях концентрируются или только в каком-либо одном минеральном типе или распределяются в двух-трех минеральных типах. Последнее зависит от РТ-условий рудолокализации и определяет характер зональности как отдельных рудных тел, так и месторождений в целом.

Универсальность перечисленных выше признаков, а также стандартность изотопного состава серы рудослагающих сульфидов (значения которого близки к нулевым) свидетельствуют о мантийном источнике Аи и постмагматическом гидротермальном механизме рудоотложения.

Модели формирования крупных и уникальных золоторудных месторождений

Суммируя вышесказанное, определим главные элементы модели формирования крупных и уникальных золоторудных месторождений как основу прогноза и поиска их на новых, в том числе перекрытых, территориях.

а. Аномальные ресурсы Аи в различных типах эндогенных гигантских месторождений определяются поступательно-необратимой эволюцией Земли в системе ядро-мантия-кора. Элементы так называемой мантийной группы (Au, Pt, Fe, Bi и др.), генерировались преимущественно на ранних (архей ранний протерозой) стадиях развития коры континентального типа. Затем, по мере увеличения объемов истощенной мантии, ресурсный потенциал этих элементов снижался, Литофильные или так называемые "коровые" элементы (Au, W, Мо, Li, Та, Nb, Be и др.), генерируемые главным образом путем мантийно-корового взаимодействия (синтексисное плавление, горячие точки и т. п.), накапливались в эпохи массового гранитообразования, связанные с планетарными трансформациями коры. При этом источником в значительной мере оставались ядро и мантия, а местом формирования металлоносных флюидов коровые очаги магмообразования.

b. Транспортировка Au и соответствующих металлов в средней и верхней коре осуществлялась глубинными постмагматическими гидротермальными растворами. Это, как правило, сосредоточенные потоки металлоносных растворов, отличительная особенность которых восстановительный режим (наличие металлоорганических и металловодородных соединений). При формировании месторождений по ортогидротермальной схеме весь ресурс полезных компонентов Au, Pt и их лигандов (Fе, S) создается исключительно глубинными потоками металлоносных гидротерм. В случае парагидротермальных систем (частичное смешение глубинных металлоносных растворов с подземными водами) ресурсы полезных компонентов по-прежнему связаны с глубинными металлоносными растворами, тогда как их лиганды (Fe, S, Са) могут заимствоваться из вмещающих толщ; последнее нередко определяет стратиформный характер рудных тел. Иные источники и механизмы формирования месторождений Au и ассоциирующих с ним металлов (кластогенный, метаморфогенный, дислокационный, рециклинговый и тл.) не эффективны для формирования суперконцентраций.

c. Механизм рудоотложения как рядовых, так и аномальных рудных объектов, как было ранее показано Д.С.Коржинским, определяется стандартной эволюцией физико-химической среды: изменением щелочности постмагматических гидротермалытых растворов на фоне снижения температуры. В общем виде эта схема отражает последовательность формирования вышеперечисленных четырех минеральных типов золотого оруденения. При этом значительная часть ресурса полезного компонента рудных тел концентрируется в осевых зонах, а остальная рассеивается в экзоконтактовых зонах. Распределение ресурсов в рудных полях и рудных узлах лимитируется динамикой транспорта металлоносных растворов в гипо-, мезои эпизонах палеокоры. Здесь возможны три сценария. Первый почти весь исходный ресурс Au из раствора отлагается в гипозоне (Au-шеелитовый и Au-полисульфидный минеральные типы) с формированием крупных и гигантских месторождений, генетически связанных с плутоногенными образованиями (например, герцинские гра-нитоиды Центральных Кызылкумов). Второй относительно быстрое поступление глубинных гидротерм к палеоповерхности приводит к локализации части исходного ресурса золота в богатых приповерхностных рудных телах (в том числе в гидроразрывных структурах типа "трубчатых" тел месторождения Кочбулак), представленных преимущественно Au-теллуридным типом. Остальная доля золота, нередко преобладающая, фиксируется в зонах рассеянной минерализации на более глубоких горизонтах (Au-полисульфидный и Au-пиритовый типы). Этот тип золотого оруденения больше характерен для месторождений, связанных с вулканогенно-тектоническими структурами. Третий, промежуточный, сценарий типичен для месторождений, связанных с плутоногенно-вулканогенными структурами, т. е. рудоотложение происходит преимущественно в мезозоне. Схема (см. рис, 2) рекомендуется для оценки прогнозных ресурсов Au на разных уровнях среза рудных полей и зон.

d. Локализация крупных и уникальных скоплений Au подчинена различным палеогеодинамическим режимам развития континентальной коры. Так, в рифтогенно-иювных структурах, рудогенерация которых связана преимущественно с коллизионным этапом, ресурсы образуемых месторождений, даже в случае одноэтапности рудоотложения, могут быть значительными (1-3 тыс. т Au), но всегда ограничены объемом проницаемых рудолокализующих структур (например, протяженность рудных столбов на Мурунтау более 1 км), которые по мере кристаллизации в них рудоносных растворов перестают быть проницаемыми. Выполненный Е.М.Некрасовым анализ принципиальных различий крупных и рядовых трещинных месторождений золота показал, что они не отличаются ни по генезису, ни по условиям образования, размещения или строения рудоносных участков; главное отличие крупных месторождений Au (с запасами более 300 т) состоит в масштабе рудовмещающих нарушений, нередко на порядок превосходящем таковой на рядовых объектах.

e. Рифтогенно-трапповых структурах  рудоотложение протекает в долгоживущих относительно открытых геологических структурах с площадным (более 100х100 км) характером палеобассейнов и активной седиментогенно-эксгаляцинной (SEDEX) деятельностью. Такого рода структуры благоприятны для поступления в бассейн глубинных металлоносных гидротерм с образованием Au-колчеданного и Au-железорудного SEDEX-оруденения. Во-вторых, длительный (более 200 млн. лет) и цикличный приток глубинных металлоносных растворов и значительное количество таких зон в пределах громадных площадей, занятых этими бассейнами, обеспечивают поступление и накопление in situ крупных и суперкрупных концентраций Fe, S, Au и сопутствующих редких металлов. К ним относятся суперконцентрации Fe в джеспилитах КМА и Кривого Рога и суперконцентрация редкоземельных элементов (более 35 млн. т) в карбонатно-железистых толщах Боюн Обо (в Китае), крупные (до 17 тыс. т) скопления Au в месторождениях железистых кварцитов Бразилии, скопления медноколчеданных руд с крупными ресурсами рассеянного Au и, наконец, золоторудный гигант Витватерсранд в Южной Африке.

Отличительные особенности рудного района Витватерсранд следующие

• Обширная площадь седиментации (350х100км) с относительно изометричной формой палеобассейна.
• Относительно устойчивое и длительное прогибание палеобассейна с синхронным накоплением мощных (более 6 тыс. м) терригенных толщ монотонных кварцитов.
• Интенсивная вулканическая деятельность с образованием плато-толеитовых базальтов при завершении процессов седиментации. В подошве бассейна это лавы серии Доминион; перекрывающая толща лавы серии Вентерсдорп, которые занимают площадь, в 5-6 раз превосходящую площадь палеобассейна, и относятся к трапповой формации.
• Редкие локальные излияния основных лав, сопровождаемые эксплозивной деятельностью (накопление туфогенноосадочного материала), а также подводные вулканические эксгаляции с образованием колчеданной SEDEX-минерализации между периодами активных вулканических излияний в процессе седиментации.
• Крайне небольшой размах значений 6 S (в пиритах от -3, 9 до +1, 1%) и еще меньший (от -1, 5 до +0, 9%) в сопутствующих сульфидах полиметаллов из золотоносных конгломератов, вмещающих кварцитов и сульфидах из перекрывающих коматиитов (от 1, 3 до +0, 0%) свидетельствует о мантийном источнике серы в бассейне Витватерсранд. Сопоставляя полученные данные с таковыми для современных подводных "курильщиков", можно наметить следующую схему эволюции изотопного состава серы при формировании колчеданного орудененияв рифах Витватерсранда. На первом этапе первичные глубинные металлоносные гидротермы имели изотопный состав близкий коматиитам (т.е. 0+1%), но затем могло происходить утяжеление изотопного состава серы (до +4, 1... + 5, 8%) за счет вовлечения в первичный рудоносный флюид "тяжелой" серы морской воды. Именно этот состав (+3%) имеют пириты (Ру-1 и Ру-2) из рудоносных частей рифов Витватерсранда. При этом для пористого (оолитового) Ру-2 характерны также и отрицательные значения (-4%о), подтверждающие их SEDEX-генезис, т.е. проявление слабой сульфат-редукции при смешении педротермальных растворов с морской водой, но уже на некотором удалении от эндогенного источника.
• Периодическое возобновление эксгаляционной активности в паузах эруптивной деятельности и появление в формируемом монотонном разрезе кварцитов серии локальных приразломных депрессий характерной асимметричной формы с преимущественным развитием колчеданной SEDEX-минерализации, приуроченной к зонам крутопадающих разломов.
• SEDEX-процесс в локальных депрессиях, обусловленный глубинными металлоносными флюидами, с проявлением временных восстановительных условий на фоне общей окислительной среды осадко-накопления палеобассейна. Восстановительные условия способствовали не только формированию Au-колчеданной минерализации, но и сохранению ее продуктов в виде обломочного материала (золотоносная пиритовая галька) как продукта разрушения подводных колчеданных построек. Восстановительный режим SEDEX-процесса обеспечивает отложение в бассейне основной массы золота и частично урана (связанного с неорганическими углеводородами), поступающих с эндогенными флюидами.
• Постседиментогенная флюидно-магматическая активизация в результате мощного вулканического импульса (траппы толеит-коматиитовых базальтов) и повышение регионального термического градиента на завершающих стадиях формирования бассейна. Генерируемые при этом гидротермальные растворы привели к ре-мобилизации Au-колчеданной SEDEX-минерализации, а также дополнительному привнесу Au, Ag, U, Th, TR и полиметаллов с образованием промышленных Au-U рудных тел в рифовых горизонтах.

Предлагаемая нами модель формирования уникальных ресурсов Au в метаморфизованных конгломератах типа Витватерсранд представляет собой интеграцию трех основных механизмов.

• обломочный (россыпной)
• ритмичное хемогенно-обломочное осадконакопление в условиях докембрийской окислительной атмосферы препятствовало сульфидообразованию
• доля этого механизма в общем ресурсе Au ничтожно мала (около 0, 1%)

SEDEX-процесс типа "черных курильщиков"; с ним связано поступление в локальные тектонически активные зоны (каналы) бассейна эндогенных металлоносных растворов, генерирующих локальные восстановительные условия и колчеданное (в т.ч. с Au) рудоотложение. При этом в бассейн поступало преобладающее количество Fe, S, Au и других рудных компонентов 70-80% от их общего ресурса; пост-магматический гидротермальный завершает толеит-коматиитовый трапповый магматизм, он обеспечивает как ремобилизацию золота, так и его дополнительный привнес (не более 20-30% от общего ресурса).

Таким образом, при оценке потенциальных ресурсов Au в древних метаморфизованных конгломератах ведущими критериями их рудоносности, по нашему мнению, являются:

• рифтогенно-трапповый режим формирования палеобассейна
• ролеит-коматиитовый магматизм с активной седиментогенно-эксгаляционной деятельностью; SEDEX-процесс, генерирующий локальные восстановительные условия и колчеданообразование
• постседиментогенное гидротермальное преобразование золотоносных рифов в промышленные Au и Au-U рудные тела

Указанные критерии, а также перечисленные выше отличительные признаки рифтогенно-трапповых бассейнов, по нашему мнению, способны обеспечить формирование крупных и уникальных ресурсов золоторудных месторождений, связанных с SEDEX-колчеданными и SEDEX-железорудными формациями. Это, в свою очередь, позволяет по-новому подойти к оценке потенциальной золотоносности древних метаморфизованных конгломератов как в уже известных провинциях России, так и на новых территориях, выявляемых, например, при ГДП-200.

Поисковые работы по золоту (Au)

В бывшем СССР поисковые работы на Аи в этих образованиях активно проводились в 60-70-е годы. В качестве рабочей гипотезы был принят кластогенный механизм накопления золота и геолого-структурные условия, сходные с Витватерсрандом. Первоочередные площади для опоискования главным образом протерозойских конгломератов были намечены в Якутии вдоль южной окраины Сибирской платформы, на востоке Алданского щита, Енисейском кряже и Анабаре, в Восточном Саяне и Северо-Байкальском нагорье, Па-томском нагорье и Восточном Забайкалье, на Южном Урале и Украинском щите, Кольском полуострове и в Центральной Карелии. Однако проведенные на данных территориях широкомасштабные поисковые работы не выявили ни одного крупного промышленного объекта этого типа. Что же касается открытых после Витватерсранда месторождений золотоносных конгломератов за пределами нашей страны (Тарква и Абоссе в Гане, Жакобина в Бразилии, Вестморленд в Австралии, Эно-Коли в Финляндии), то это относительно мелкие месторождения. Даже суммарные запасы Аи в них не превышают 500 т.

Апробация признаков и критериев оценки потенциальной золотоносности древних конгломератов выполнена нами на примере Карелии. Здесь широко развиты нижнепротерозрйские кварцевые конгломераты, формирование которых происходило в ягулийском палеобассейне на значительной (250х100 км) площади Центральной и Северной Карелии. Б период с 1964 по 1983 гг. поисковыми работами на золото была охвачена серия синклинальных структур (Лехтинская, Янгозерская, Сегозерская, Кумсинская, Онежская и др.), представляющих разрозненные реликты этого палеобассейна. В результате большинство объектов оказались не золотоносными; непромышленные рудопроявления и точки минерализации установлены более чем в 60-ти случаях со средним содержанием Au 0, 1 г/т. И только на трех-четырех объектах (Ятулий-1, Маймярви, Черный наволок)  содержание Au в конгломератах составляет 1-6 г/т, достигая в единичных пробах 100-110 г/т. Однако специальные исследования этих объектов, проведенные в 1998 г. ГП "Невскгеология", показали, что аномальные содержания Au приурочены к зонам поздних гидротермальных изменений как в конгломератах, так и во вмещающих их породах, характеризующихся повышенной радиоактивностью.

Сравнительный анализ иследования золотоносных месторождений

Осуществленный нами сравнительный анализ описываемого ягулийского палеобассейна и раннепротерозойского палеобассейна Витеатерсранд подтверждает их близость в геолого-структурном плане (рифтогенно-трапповые структуры), масштабе и типе вулканизма (плато-толеит-коматиитовая базальтовая формация), составе терригенных комплексов (преимущественно кварциты) и, наконец, преобладающей мономиктности конгломератов. В вулканогенных толщах ягулийского палеобассейна также отмечается разнообразная эксгаляционная минерализация. Это кремнистые миндалины, кварц-гематитовые жильные тела, кремнистый цемент в шаровых лавах, гидротермальная минерализация в жерловых фациях палеовулканов, а также кремнистые прослои с пиритом в межлавовых осадочных горизонтах (лидиты и шунгиты). В пределах палеобассейна с этими образованиями генетически связаны стратиформные залежи гематитовых кварцитов (р. Суна) и медноколчеданных руд (месторождение Воронов Бор) с рассеянной золотой минерализацией.

Однако палеовулканологические реконструкции, выполненные на площади ягулийского бассейна АЛ.Световым, показывают, что осадконакопление периодически прерывалось интенсивными излияниями лав на протяжении всего периода существования этого бассейна в прибрежных и наземных условиях. Это, в свою очередь, обусловило относительно слабую активность подводной эксгаляционной деятельности за исключением месторождений железистых кварцитов и небольших медноколчеданных месторождений и рудопроявлений. Вместе с тем детальные исследования SEDEX-продуктов в ятулийских вулканогенно-осадочных толщах свидетельствуют о широком развитии гематитсодержащих ассоциаций как в лавах, так и в переслAuвающихся с ними конгломератах. Последнее, а также характерное для этого района наличие продуктивных толщ железистых кварцитов указывают на субаэральные условия осадконакопления и окислительный режим SEDEX-процесса, препятствующие Au-колчеданному рудообразованию, подобному Au-пиритовым рифам Витватерсранда. В результате в ятулийских конгломератах Карелии преимущественно развилась только силикатно-гематитовая минерализация с убогими ресурсами рассеянного золота. Таким образом, отсутствие благоприятных восстановительных условий для развития Au-колчеданной SEDEX-минерализации не позволяет ожидать в этом районе крупных месторождений древних золотоносных конгломератов.

Автор приносит глубокую благодарность Н.А.Юшко (ИМГРЭ), Л.Иордану (Геологическая служба ЮАР) и А.П.Светову (Геологический институт, г. Петрозаводск) за помощь при проведении полевых работ в Южной Африке и Центральной Карелии, а также конструктивное обсуждение дискуссионных вопросов.