Золоторудное месторождение Витватерсранда ЮАР: интрузивно-ликвационный генезис
Золоторудные месторождения Витватерсранда (ЮАР), связанные с кварцевыми конгломератами, - крупнейшие поставщики золота на нашей планете. Они уникальны не только по запасам металла, но и генезису, так как практически нигде в мире их аналогов не обнаружено. Все это заставляет исследователей снова и снова обращаться к вопросам генезиса этих уникальных объектов. Автор на основе сравнения опубликованных данных по месторождениям Витватерсранда и материалов, включая собственные, по ряду месторождений бывшего СССР пришел к принципиально новому выводу о генезисе золоторудных месторождений Витватерсранда, определяя тем самым новую научную основу для разработки критериев поисков аналогичного оруденения в других районах, в том числе и в нашей стране.
Область развития золоторудных конгломератов юга Африки представляет собой архейский кратон, перекрытый 15-20-километровой толщей полого-лежащих докембрийских отложений, нижняя 7-8-километровая часть которых выделяется в Витватерсрандскую систему, вмещающую главную часть золото-рудных месторождений.
Кварцевые конгломераты - не единственные золоторудные породы в Витватерсранде. Так, Ф.П.Кренделев выделяет четыре морфологических промышленных типа золотооруденения: кварцевые конгломераты, кварцевые штокверки, кварцевые жилы секущего типа и пластовые кварцевые жилы (кварцевые силлы). Из них кварц- конгломератовый - главный, однако промышленная значимость трех других также высока.
Если генезис рудной минерализации в кварцевых конгломератах не ясен, то в рудах трех других типов он эндогенный, и оруденение связанное с кварцевыми жилами, относится к гидротермальному типу. Не рассматривая оруденение в секущих кварцевых жилах и штокверках, отметим, что пластовые золотоносные жилы по структурному положению, компоновке в пачки по несколько жил-пластов, приуроченности таких пачек к определенным стратиграфическим горизонтам и выдержанности на больших расстояниях (до 20 км), небольшой мощности жил (до 1, 5 м), интенсивности рудной минерализации (Ф.П.Кренделевым по промышленной значимости они ставятся сразу же после конгломератов) и ряду других параметров весьма похожи на золотоносные кварцевые конгломераты.
В разрезе Витватерсрандской системы известны два типа конгломератов: полимиктовые (в том числе и тиллиты) с галькой самых разнообразных пород района, практически не золотоносные, и мономиктовые кварцевые золотоносные, по поводу генезиса которых ведутся нескончаемые дискуссии.
Кварцевые золоторудные конгломераты встречаются по всему разрезу докембрийских отложений, но подавляющая их часть сосредоточена в Витватерсрандской системе, где они в пределах ее 7-8-километрового разреза, представленного песчаниками, алевролитами, сланцами и кварцитами, наблюдаются не менее чем на 16 стратиграфических уровнях, составляя 0, 2% объема разреза. Они представляют собой маломощные (0, 3-1, 5, редко до 5-6 м, а в единичных случаях в раздувах до 25 м) согласные со слоистостью вмещающих пород тела линзовидной формы протяженностью первые десятки метров, максимально до 1300 м, группирующиеся в пачки по несколько штук с расстоянием в этих пачках между слоями конгломератов 1-10 м, разделенных обычно кварцитами, реже сланцами. Нередко в конгломератах отмечаются линзы мощностью от 5-10см до 0, 5 м кварцитов. Размещаются конгломераты обычно в кварцитах, но нередко на контакте слоев кварцитов со сланцами. Их ограничения четкие; выклинка происходит путем уменьшения мощности вплоть до слоя в одну гальку, иногда сменяющие их кварциты приобретают тонкополосчатое строение, обусловленное чередованием кварцевых и пиритовых полосок с сохранением золотоносности, постепенно исчезающих по мере удаления от области выклинки конгломератового слоя.
Одна из характернейших особенностей, определяющих мировую известность золоторудных конгломератов, - их мономиктный кварцевый состав. Так, по А.Дю Тойту, "...галька конгломератов составляет по объему около 70% породы и состоит главным образом из жильного кварца - стекловатого, белого, пятнистого, серого и черного или синеватого опалесцирующего". В разных горизонтах конгломераты могут быть сложены только одной разновидностью кварца - молочно-белого, фарфоровидного, синеватого и т.д. Описывая конгломераты, Ф.П.Кренделев подчеркивает, что "... конгломераты исключительно мономиктны и содержат преимущественно кварц...", подтверждая это химическими анализами, показывающими содержание кремнезема до 80%, а со ссылкой на Холла - до 97, 5%. Галька обычно мелкая, средний размер ее по 20 тыс. измерений 1, 4 см. На фоне мелких иногда встречаются крупные обломки до 10-15 см. Галька в основном хорошо округлена, почти всегда удлинена, обычно имеет овальную, эллипсовидную, эллипсовидно-уплощенную, иногда почти шаровидную форму. А.Дю Тойт обращает внимание на аномальность формы наиболее крупных галек, констатируя, что отмечаются "...неправильная окатанность галек и преобладание уплощенной (с одной стороны) крупной гальки" и относит такие гальки к булкообразным. Он полагает, что они образовались в морских условиях. Нам, однако, представляется, что булкообразная форма может быть свидетельством совершенно иных, не экзогенных, а эндогенных процессов, не связанных с обработкой обломков в водной среде, о чем и будет сказано ниже.
Цемент, слагающий 30, а иногда и до 60% объема породы, состоит из кварца с переменным количеством серицита, хлорита, пирита и иногда углеродистого вещества. Из-за присутствия темно-окрашенных минералов, особенно при значительном содержании пирита и углеродистого вещества, он имеет темные оттенки, что отражается даже в названии рудных горизонтов, например таких, как Блек-Риф.
Одна из достопримечательностей золотоносных конгломератов - спорадическое присутствие в кварцевом цементе круглых концентрически-зональных образований - шариков пирита размером от нескольких миллиметров до 0, 5-1, 5 см, так называемой пиритовой "дроби" или "картечи", о природе которой, как и о рудной минерализации, идут многолетние дискуссии. Стронники осадочного генезиса оруденения пиритовую "картечь" считают продуктом окатывания пиритовых обломков, сторонники гидротермального оруденения - образованием, наложенным на конгломераты.
Как отмечает Ф.П.Кренделев, "...уран-золотоносными являются не любые конгломераты, а только хорошо отсортированные олигомиктовые разности с преобладанием кремнезема в составе галек и цемента", т.е. кварцевые конгломераты. Главное полезное ископаемое - золото, второстепенные и не всегда встречающиеся - уран, пирит (на серную кислоту), редко - осмистый иридий.
Золото содержится примерно поровну в кварцевом цементе и пирите, как в мелкой его вкрапленности, так и в "картечи". Золото повсеместно невидимое, средний размер золотин (по данным 20 тыс. замеров) всего 50-70 мкм, форма золотин преимущественно овальная, округло-приплюснутая. Содержание золота высокое - в среднем по рудам Витватерсранда - 10, 9 г/т, на отдельных рудниках до 16 г/т. В конгломератах оно распределено неравномерно, обогащены обычно нижние части горизонтов мощностью от 0, 3м до 1-2 см и даже менее, иногда золото сосредоточено в 1-2-миллиметровом слойке, представляющем собой основную ценность пласта . Однако далеко не всегда золото сосредоточивается в подошвенном слое, нередко оно обогащает узкие полоски как средней, так и верхней части пласта, что трудно объяснимо с позиции его осадочного генезиса.
Уран, извлекаемый лишь на отдельных месторождениях, присутствует в форме уранинита или тухолита, как и золото, в основном в виде мелких (50-70 мкм) выделений преимущественно шаровидной формы. Осмистый иридий также образует мелкие шарики, распространен слабо и неравномерно, но в одном случае все же извлекался.
За более чем 100-летний период изучения золотоносных конгломератов предложено множество самых разнообразных гипотез их генезиса и оруденения в них. Обусловлено это необычностью их состава, характера рудной минерализации, соотношением ее с вмещающими конгломератами и вообще уникальностью объектов, практически не известных более на нашей планете. Тем не менее все разнообразие гипотез принципиально можно свести к трем.
По первой - осадочной - конгломераты и вся рудная минерализация как сингенетичная им считаются осадочными образованиями. Многие южноафриканские геологи, приверженцы этой гипотезы, считают делом национальной чести отстаивать ее. По второй - гидротермальной - конгломераты относятся к осадочным образованиям, а рудная минерализация к гидротермальным, на них наложенным. Как и первую, эту точку зрения разделяют многие геологи. Наиболее ярким их представителем в нашей стране был Ф.П.Кренделев, много сделавший для популяризации идеи поисков конгломератов типа Витватерсранда. Третья гипотеза - в определенной степени компромиссная между двумя первыми. По ней конгломераты традиционно относятся к осадочным, а оруденение может быть как первично осадочным, позднее метаморфизованным, так и гидротермальным, наложенным.
В последние 10 лет появилась еще одна точка зрения на генезис этих конгломератов, развиваемая А.М.Портновым, а вслед за ним и А.Д.Щегловым. Она близка к третьей гипотезе, однако имеет и принципиальное отличие, связанное с отнесением, по крайней мере, какой-то части золотоносных конгломератов к гидротермальным псевдоконгломератам с частичным оруденением за счет золотоносных гидротерм, формирующих на морском дне кремнеземный гель, дающий при коагуляции и коацервации псевдогальки. В вопросе соотношения оруденения с кварцевыми конгломератами А.Д.Щеглов придерживается представлений о том, что "золотоносные конгломераты - это случайное благоприятное совпадение одновременного образования конгломератов и излияния золотоносных гидротерм в бассейн, где шло их формирование", а сами месторождения он считает комбинированными полигенными, осадочно-гидротермальными метаморфизованными образованиями. Существует и еще одна точка зрения на метасоматическое происхождение как псевдоконгломератов, так и оруденения в них.
Не будем рассматривать доводы каждой из названных гипотез, отметим лишь, что в принципиальной постановке вопроса генезиса все они имеют одну общность - во-первых, признание первично-осадочной природы конгломератов, вмещающих оруденение, а во вторых, отрицание генетической связи между оруденением и кварцевым составом конгломератов. Между тем представляется, что именно эти две позиции и могут стать отправными для суждения о генезисе золотоносных конгломератов.
Витватерсранда и обоснования принципиально новой гипотезы их образования в результате послойного интрузивного внедрения кварц-золоторудного флюида (расплава) с последующей его ликвацией на месте становления, определившей глобулярную текстуру и конгломератовидный облик золотоносных пород.
Стержневой частью предлагаемой нами гипотезы являются представления о появлении в результате эволюционной дифференциации исходной магмы плотного высококонцентрированного кварц-золотоносного флюида (расплава или кварцевой магмы) при интрузивном пути его становления. Представления относительно кварцевой магмы не новы, ибо они использовались почти 100 лет назад Дж.Сперром, отстаивающим идею наличия такой магмы в числе других рудных магм. В той или иной форме близких представлений придерживались и многие другие ученые, в том числе отечественные. Так, С.С.Смирнов допускал возможность формирования оловорудных месторождений из кварц-оловорудной магмы. Похожих представлений относительно формирования оловорудных месторождений из высокотемпературного кремнеземисто-оловорудного геля придерживался и О.Г.Левицкий. В последнее время представления о наличии высоко-концентрированных плотных кварцево-золоторудных флюидов (кварцево-рудных магм) экспериментально подтверждены в работах многих исследователей, в частности Г.А.Юргенсона, А.Г.Миронова с соавторами и др. Г.А.Юргенсон, подводя итоги экспериментальных работ по изучению кварц-золоторудных систем, пишет, что "...состав фдюидных включений в кварце, строение, структурно-текстурные особенности кварцевых жил свидетельствуют об образовании рудоносных кварцевых жил из высоко-концентрированных, высокоплотных существенно силикатных систем, обогащенных летучими, щелочами и рудными элементами" и определяет эти системы как растворы-расплавы или рудные (кварц-золоторудные) магмы. А.Г.Миронов с соавторами также связывают образование золотоносных кварцевых жил с высококонцентрированными плотными (1, 9-2, 1 г/см) флюидами. На основе экспериментальных данных они пришли к выводу о растворимости в этом флюиде золота в количестве до 19 г/т и даже более, что соответствует его содержанию в месторождениях Витватерсранда. Золотоносный кварцевый флюид, или по другим представлениям своеобразная кварцево-рудная магма, способен формировать золоторудное месторождение в принципе путем одноактного внедрения, подвергаясь, как и любая другая магматогенная система, эволюционным изменениям, в том числе ликвационному расслоению.
Новыми в предлагаемой нами гипотезе являются представления о ликвационном расслоении флюида-расплава, приведшего к образованию глобулярной (конгломератовидной) текстуры кварц-золото-рудной массы. Явления ликвации в магматических расплавах вообще и высококремнистых в особенности распространены достаточно широко. В качестве примера сошлемся на фельзиты, в которых нередко можно наблюдать, как ликвационные глобулярные текстуры буквально в пределах одного обнажения постепенно переходят в тонкополосчатые.
Кстати, заметим, что на золоторудных месторождениях Витватерсранда конгломератовидные текстуры очень часто сопряжены через взаимопереходы с тонкополосчатыми. Не останавливаясь на характеристике ликвационных глобулярных и тонкополосчатых текстур магматических пород, широко освещенных в литературе, отметим одну их особенность, важную для понимания генезиса так называемых конгломератов Витватерсранда. Это, во-первых, однородный состав глобул в "конгломератах" Витватерсранда с их монокварцевой галькой, во-вторых, взаимопереходы глобулярных текстур в полосчатые.
Как отмечалось конгломераты - не единственный промышленный тип золотых руд в этом районе. Есть промышленные руды, связанные с послойными кварцевыми жилами (силлами), которые, как и конгломераты, залегают на определенных стратиграфических уровнях и формируют зоны протяженностью до 20 км. Именно наличие кварцево-жильных типов оруденения и послужило Ф.П.Кренделеву аргументом для доказательства эндогенной природы оруденения и в конгломератах. Автор полностью присоединяется к этому тезису, но полагает, что эта связь гораздо глубже и что не только оруденение, но и сами кварцевые "конгломераты" следует сопоставлять с кварцевыми жилами как продукты единого процесса разной формы проявления.
При решении вопросов генезиса золоторудных месторождений Витватерсранда, как нам представляется, в первую очередь необходимо ответить на два главных вопроса: 1) почему золотоносные породы, определяемые как конгломераты, имеют мономиктовый, чисто кварцевый состав? 2) почему золоторудными являются только мономиктовые кварцевые конгломераты? Все остальные вопросы, как бы важны они не были, - производные от этих двух.
Витватерсрандская система непосредственно или через отложения системы Доминион-Риф мощностью 250-400 м ложится на архейские породы кристаллического основания, представленные кристаллическими сланцами, гнейсами, гранито-гнейсами и гранитами, служащими областью сноса на время формирования витватерсрандских отложений, состав пород которых и должен быть отражен в конгломератах. Из самой природы конгломератов, являющихся интегрированным продуктом сносимого материала из области водосбора, следует, что они должны отражать состав сносимых пород в принципе пропорционально площади их развития. А между тем в гальке золотоносных конгломератов присутствует только жильный кварц, т.е. кварц из кварцевых жил, площадь которых, без сомнения, бесконечно мала по сравнению с площадью вмещающих их пород.
Существующие на этот счет представления о селективном истирании обломочного материала в речном потоке или разрушении его в корах выветривания ни в коем случае не объясняют феномен монокварцевого состава конгломератов.
Между тем с позиций образования так называемых конгломератов из кремнеземной магмы с последующим ее ликвационным расслоением объяснение этого феномена простое: это псевдогалькиглобулы; они и должны быть одного состава, а именно - кварцевого и более того в определенных случаях кварца одного вида - фарфоровидного, молочно-белого, синеватого, черного и других цветов и оттенков как продуктов раскристаллизаций исходной массы несколько различного состава, что фактически и имеет место в псевдоконгломератах Витватерсранда.
Говоря о составе "галек" как производном ликвационных процессов, нельзя не обратить внимание и на их форму: при достаточно хорошей округленности все они удлинненно-уплощенные - эллипсовидные, эллипсовидно-уплощенные и т.д., что весьма характерно для ликвационных обособлений в магматических породах вообще и в фельзитах как наиболее близких по содержанию кремнезема к "кварцевым конгломератам", в частности.
Особенно показательна в этом отношении булкообразная форма наиболее крупных (до 10-15 см) "галек" с уплощенной нижней поверхностью наглядно демонстрирующей "растекание" жидкостного обособления, удерживаемого лишь силой поверхностного натяжения жидкости.
В рудных конгломератах, кроме гальки кварца, редко, но все же встречаются обломки и других пород, по составу отвечающих вмещающим конгломераты породам - кварцитам, яшмам, сланцам и т.д. Однако А.Дю Тойт подчеркивает, что по морфологии они резко отличаются от округлых "галек" кварца, поскольку имеют плоскую форму с острыми углами и, как нам представляется, являются ксенолитами вмещающих пород, захваченных кварцевой массой при ее внедрении.
Напомним, как показал Ф.П.Кренделев, золотоносны не любые конгломераты, а только мономиктовые кварцевые, т.е. конгломераты с кварцевой галькой и кварцевым цементом. Однако ни осадочная, ни гидротермальная гипотезы золотооруденения, ни компромиссная между ними удовлетворительно не объясняют этого факта. Так, если исходить из наиболее распространенных представлений о гидротермальном, наложенном характере оруденения, то вообще не понятны причины столь избирательного его наложения по отношению именно к мономиктовым кварцевым разностям конгломератов в противоположность полимиктовым, по мнению А.ДюТойта, не менее чем первые, проницаемым для растворов. Именно необъяснимость приуроченности оруденения только к кварцевым конгломератам и служит сторонникам осадочного генезиса важнейшим аргументом для отрицания наложенного характера и гидротермального генезиса оруденения.
У сторонников же гидротермального генезиса суждения по этому вопросу разные, вплоть до отрицания этой связи, как видно в одной из самых последних публикаций по проблеме Витватерсранда А.Д.Щеглова, где отмечается, что сочетание оруденения с кварцевыми когломератами "...в определенной мере случайное явление, которому не следует придавать универсального значения". Между тем именно этому явлению, т.е. связи золотого оруденения с кварцевым составом вмещающих его "конгломератов", есть объяснение не как случайному, а вполне закономерному явлению, связанному с послойной интрузией и последующей ликвацией кварцзолоторудного флюида (расплава), где кварцевая и рудная составляющие связаны единством происхождения. Ликвационными же процессами обусловлены и нередко отмечаемая выклинка золото-рудных конгломератов путем перехода их в тонкополосчатые кварц-пиритовые также золотоносные породы или появление таких участков внутри конгломератов. Следует заметить, что переход глобулярных текстур в тонкополосчатые - типичное явление для ликвационных образований и чрезвычайно широко распространено как в породах, так и рудах, подвергающихся ликвационному расслоению.
В дискуссиях по генезису золото-рудных конгломератов особое место всегда отводилось достаточно экзотическим образованиям - пиритовой "дроби" или "картечи", нередко переполняющей их цемент. Сторонники осадочного генезиса оруденения считали ее элементом россыпи, а гидротермального - наложенной на конгломераты. Особое мнение по этому поводу высказал А.М.Портнов, усомнившийся в осадочном генезисе не только "картечи", но и в целом конгломератов, считая, по крайней мере, часть из них псевдоконгломератами, образованными вместе с "картечью" не при переносе обломков речными потоками, а под действием гидротермальных растворов в особых условиях. Заметим, что нет каких-либо оснований рассматривать эту "картечь" как какой-то особый случай, тем более "окатывать" ее в россыпях, ибо подобные образования как пирита, так и других минералов распространены достаточно широко в магматических породах и рудах и известны как глобули, образование которых связано с явлениями ликвации. Особенно близки к "картечи" по шаровой форме, концентрически-зональному строению, размерам и внешнему виду магнетитовые образования Ангаро-Илимских железорудных месторождений Сибирской платформы, слагающие так называемые "оолитовые" или "нодулярные" руды, обязанные своим происхождением ликвационным процессам при становлении рудной (магнетитовой) магмы.
Примером для сравнения могут служить и оловорудные месторождения, где подобное строение имеют касситеритгаленитовые руды жильного типа, образовавшиеся, по мнению О.Д.Левицкого, из высокотемпературного кварц-касситеритового геля. Таким образом, представляется, что пиритовая "картечь" - продукт тех же ликвационных процессов, приводящих к образованию как кварцевых, так и пиритовых глобул.
Шаровую или близкую к ней форму в витватерсрандских рудах имеют не только пирит, но и другие рудные минералы, в частности уранинит и тухолит при размерах около 50-75 мкм.
Для золота также характерны овально-округлые образования размером 30-50 мкм нередко с уплощенной нижней поверхностью, подобные булкообразным формам кварцевых глобул, но только в микромасштабе. Исходя из ликвационной природы обособлений золота становятся понятными концентрация его в микрополосках в результате слияния мельчайших капелек и положение обогащенных им участков не только в придонном слое, но и других его частях. Понятным становится и отсутствие самородков в "конгломератах", поскольку кварц-золоторудный флюид (расплав) поступал на место одноактно инъекционным путем и золото выделялось из него разово в виде мальчайших капелек, а вторичного (т.е. многократно последующего) поступления золота, как в гидротермальных жилах, где формируются самородки, не было.
А.М.Портнов, ставя под сомнение осадочную природу золоторудных конгломератов Витватерсранда, ссылается на аналогию с ними одного из золото-рудных месторождений бывшего СССР, где "...гидротермальный конгломерат преимущественно кварц-пиритового состава..." с пиритом в виде "картечи" и кварцем в виде скатанной гальки слагает столбообразное рудное тело в позднепалеозойской вулканоструктуре, и отмечает, что они чрезвычайно похожи на витватерсрандские конгломераты. В заключение он пишет: "...если бы описанные нами руды с конгломератовой текстурой из месторождения СССР залегали бы не в вулканоструктуре, а среди терригенных толщ, например, среди сланцев и песчаников, геологически корректно доказать их "гипогенность", вероятно, было бы невозможно", что, добавим от себя, и имеет место в Витватерсранде.
Резюмируя, отметим следующее. Породы кварцевого состава конгломератовидной текстуры, называемые в Витватерсранде конгломератами, и ассоциирующее с ними золотое оруденение являются эндогенными образованиями, т.е. псевдоконгломератами, и связаны с послойным внедрением золотосодержащего кремнеземного флюида (расплава), подвергшегося на месте становления ликвации с обособлением в самостоятельные фазы рудной составляющей, в частности золота и пирита, с одной стороны, и чистого кварца - с другой, в форме глобул, что и определяет в целом их глобулярную конгломератовидную текстуру.
Широко распространенные золотоносные кварцевые жилы, в первую очередь жилы пластового типа, генетически однотипны с золотоносными кварцевыми псевдоконгломератами. Их различие заключается только в степени проявления процессов ликвации, обусловивших их текстурный облик и концентрированность оруденения.
Первые не испытали существенного ликвационного расслоения, особенно в кварцевой фазе, вторые подверглись интенсивному расслоению и приобрели специфическую глобулярную текстуру, определившую их конгломератовидный облик.
Следовательно, тесная пространственная связь оруденения с кварцевыми "конгломератами" - явление далеко не случайное, как полагают сторонники представлений о наложенном золотооруденении, а имеет глубокий генетический смысл, обусловленный единством их происхождения. Именно это единство их происхождения как продуктов дифференциации кварц-золотоносного флюида (расплава) и должно быть положено в основу разработки новых критериев поисков золоторудных месторождений типа Витватерсранда в других районах мира, в том числе и в России.