Метасоматиты и рудная минерализация проявлений северного фланга Баимской рудной зоны (Западная Чукотка)

Введение

Одним из основных источников меди являются месторождения медно-порфирового типа, которые связаны с порфировыми интрузивами кремнекислого состава нормального и субщелочного ряда. Штокверковые медные руды этих объектов сосредоточены в эндо-экзоконтактовых зонах гипабиссальных и субвулканических порфировых интрузивов (штоков, даек). Более поздними являются карбонат-полиметаллические (субэпитермальные) жилы и прожилки. Считается, что процесс формирования порфировых систем завершается образованием эпитермальных (относительно низкотемпературных) жильно-прожилковых Au-Cu «high sulfidation» (HS) и Au-Ag «intermediate sulfidation» (IS) руд [23].

Метасоматиты порфировых систем образуются последовательно и размещены зонально. Согласно работам [4][23] метасоматическую зональность можно представить в следующем виде. Внутренняя зона сложена биотит-калишпат-кварцевыми породами, далее следует промежуточная зона кварц-серицитовых пород и внешняя зона пропилитов. В самой верхней части системы развита зона аргиллизации до вторичных кварцитов.

В последние годы появился ряд публикаций, в которых описываются месторождения и проявления Баимской рудной зоны [5][6][8], расположенной в 250 км к югу от г. Билибино, Чукотский АО, и вытянутой в субмеридиональном направлении на 80 км. Нужно отметить, что практически все публикации посвящены крупному золото-молибден-медно-порфировому месторождению Песчанка и рудному полю Находка. Последнее включает ряд проявлений порфирового типа и эпитермальное Au-Ag месторождение Весеннее [6]. В то же время на флангах зоны обнаружен ряд проявлений медной минерализации, природа которых не вполне ясна. Данных о минеральном составе метасоматитов и руд этих проявлений, которые могли внести ясность, в литературе нет. К таковым объектам относятся проявления Топь и Лучик, расположенные на северном фланге Баимской зоны.

Для того чтобы понять природу этих проявлений, мы провели детальное минералогическое изучение слагающих их метасоматических пород и руд.

Краткая геологическая характеристика проявлений

Проявления Топь и Лучик расположены на северном фланге Баимской рудной зоны в в 15 и 25 км от крупного золото-молибден-медно-пофирового месторождения Песчанка.

Проявление Топь в геологическом отношении приурочено к западному эндо- и экзоконтактам Егдэгкычского массива, представленному в этой части габброидами позднеюрского баимского и монцонитами раннемелового егдэгкычского комплексов. Вмещающими массив породами являются вулканиты волжского яруса и отложения раннемеловой айнахкургенской свиты.

Метасоматиты, преимущественно пропилиты, развиты по габброидам и образуют небольшие прожилки и линзы, в которых зачастую встречаются гнезда и тонкие трещины, выполненные эпидотом. Рудная минерализация связана с зоной дробления в окварцованных габброидах. Она представлена кварц-сульфидными (халькопирит, пирит) и кварц-карбонат-сульфидными (галенит, сфалерит, халькопирит) прожилками мощностью от нескольких до 10—20 сантиметров, имеющих северо-восточное простирание.

Проявление Лучик приурочено к участкам развития вулканогенных и вулканогенно-осадочных пород волжского яруса, которые интрудированы позднеюрскими габброидами баимского комлекса и диоритовыми порфиритами и монцонитоидами позднеюрского-раннемелового весеннинского комплекса. Интрузивные породы образуют блок неправильной формы.

Метасоматиты, представленные пропилитами и кварц-карбонат-хлоритовыми с редким мусковитом породами, слагают зоны мощностью до нескольких десятков метров. Рудная минерализация представлена кварц-сульфидными прожилками мощностью до 10 см, которые образуют линейный штокверк и рассекают кварц-карбонат-хлоритовые породы. Главными рудными минералами сульфидных прожилков являются халькопирит и пирит. Наиболее поздней составляющей прожилков является аметистовидный кварц.

Методы исследования

Оптические исследования проводились на кафедре минералогии МГУ с помощью оптического микроскопа Аxioplan фирмы Zeiss, снабженного цифровой камерой и компьютером.

Электронно-микроскопические исследования минералов и определение их химического состава проводились в Лаборатории локальных методов исследования вещества кафедры петрологии МГУ на растровом электронном микроскопе «Jeol JSM-6480LV» с энергодисперсионным INCA-Energy 350 и волновым INCA Wave-500 спектрометрами, аналитик Н.Н. Кошлякова. Изображения в отраженных электронах получены при ускоряющем напряжении 20 кВ и силе тока ~2 нА. Состав минералов изучался с помощью ЭДС-спектрометра при ускоряющем напряжении 20 кВ и силе тока 2,00 ± 0,05 нАПри анализе элементов в качестве стандартов использовались стехиометричные оксиды и силикаты с известным составом. Процедура коррекции осуществлялась по методу XPP коррекции (INCA, версия 17а, Oxford Instrument).

Формулы амфиболов рассчитаны на 13 катионов, за исключением Na, K и Ca. Расчет формул хлоритов проведен на 10 катионов. Формулы эпидота рассчитаны на основе 8 катионов. Расчет формулы мусковита произведен на 22 отрицательных заряда. Количество H₂O для хлорита, амфиболов, эпидота и мусковита рассчитано по стехиометрии. Содержание Fe²⁺ и Fe³⁺ для амфибола и эпидота рассчитывали по балансу зарядов. Формулы сульфидных минералов рассчитывались на сумму всех атомов.

Результаты

Пропилиты обоих проявлений — это светло- до темно-зеленых средне-мелкозернистые породы, сложенные амфиболом, хлоритом, калиевым полевым шпатом, альбитом, эпидотом кальцитом, акцессорные минералы — титанитом и магнетитом. При микроскопических наблюдениях видно, что гидротермальный магнетит не содержит ламелей распада ильменита, в отличие от титаномагнетита исходных магматических пород. Оптические и электронно-микроскопические исследования свидетельствуют, что пропилиты рассечены тонкими прожилками с кальцитом, хлоритом, пренитом и цеолитами.

Амфиболы представлены ксеноморфными зернами размером до 10 мкм и по тонким трещинам замещают кристаллы первично магматических магнезиогастингсита, эденита, диопсида и авгита. Кроме того, амфиболы совместно с кварцем, эпидотом, апатитом и гематитом образуют тонкие прожилки. Размер кристаллов амфибола в этих прожилках достигает до 100 мкм и выше. Гидротермальные амфиболы по химическому составу относятся к магнезиогорнблендиту, тремолиту и актинолиту (рис. 1). При этом магнезиогорнблендит замещается тремолитом и актинолитом. Средний химический состав магнезиогорнблендита метасоматитов обоих проявлений (n = 17, масс.%): 49,20—52,62 SiO₂, 0,01—099. TiO₂, 3,38—6,63 Al₂O₃, 11,73—18,04 MgO, 9,17—14,48 FeO_общ., 0,06—0,67 MnO, 11,59—12,50 CaO, 0,15—0,35 K₂O, 0,29—1,27 Na₂O, 2,03—2,12 H₂O_расч., сумма 95,82—99,30; формула минерала Na_{0,045—0,162}K_{0,005—0,046}Ca_{1,823—2,008} (Mg_{3,154—3,758}Fe_{1,093—1,756}Ti_0—0,029Mn_0—0,104)_5,000[Si_{7,525—7,797}Al_{0,236—0,531}O₂₂](OH)_2,000. Магнезиальность [Mg/(Mg+Fe²⁺)] варьирует от 0,67 до 0,92. Средний химический состав амфибола тремолит-актинолитового ряда (n = 17, масс. %): 52,45—52,62 SiO₂, 0—0,25 TiO₂, 1,37—3,31 Al₂O₃, 14,43—18,15 MgO, 9,12—13,67 FeO_общ., 0—0,80 MnO, 12,00—12,66 CaO, 0,06—0,25 K₂O, 0,16—0,61 Na₂O, 2,06—2,19 H₂O_расч., сумма 96,09—100.00; формула минерала Na_{0,045—0,162}K_{0,005—0,046}Ca_{1,823—2,008} (Mg_{3,154—3,758}Fe_{1,093—1,756}Ti_0—0,029Mn_0—0,104)_5,000[Si_{7,525—7,797}Al_{0,236—0,531}O₂₂](OH)_2,000. Отношение Mg/(Mg+Fe²⁺) составляет 0,67—0,84.

Эпидот слагает агрегаты как мелких, так и более крупных (до 0,3 мм) зеленоватых зерен. Он образует гнезда и прожилки совместно с карбонатом, хлоритом, кварцем, актинолитом, замещает магматические клинопироксен и плагиоклаз. Наблюдения в электронный микроскоп в режиме высокого контраста выявляют сложную зональность индивидуальных кристаллов эпидота, обусловленную вариациями содержания Fe. Средний химический состав минерала (n = 11, масс.%): 37,10—38,05 SiO₂, 0—0,13 TiO₂, 17,33—27,49 Al₂O₃, 8,84—14,28 FeO_общ., 0—0,68 MnO, 22,21—23,46 CaO, 1,89—2,04 H₂O_расч., сумма 96,25—98,81; формула минерала Ca_{1,823—2,008}Al_{0,943—1,118}(Fe³⁺_{0,617—0,943}Ti_0—0,029Mn_0—0,104Al_{1,057—1,383})_2,000[Si_{1,983—2,005}O₇][Si_{0,930—1,010}O₄]O(OH)_. Железистость эпидота [Fe³⁺/(Fe³⁺+Al)] варьирует от 0,18 до 0,46.

Хлорит представлен агрегатами чешуек разного размера, от нескольких десятков микронов до 2 мм. Он замещает ранее образованный магматический биотит, а также магматические и гидротермальные амфиболы. При замещении биотита в хлорите по спайности наблюдается рутил, представляющий собой ламели распада твердого раствора в биотите, которые сохранились в ходе гидротермального процесса. По химическому составу хлорит отвечает клинохлору (2,824—3,117 Si а.ф.; 0,33—0,41 Fe_общ/(Fe_общ+Mg) и шамозиту (2,696—2,843 Si а.ф.; 0,53—0,59 Fe_общ/(Fe_общ+Mg)) (рис. 1Б).

Калиевый полевой шпат пропилитов представлен индивидуальными кристаллами, размер которых не превышает нескольких десятков мкм. Минерал слагает гнезда, секущие прожилки совместно с хлоритом, кальцитом, эпидотом. В пропилитизированных габброидах прожилки рассекают крупные кристаллы первичного амфибола, при метасоматозе превращенного частично в актинолит. Калишпат не содержит ламелей распада альбита, и его зерна характеризуются неоднородным химическим составом, что обусловлено разной концентрацией Ba, достигающей 3,2 масс.% BaO.

Карбонаты представлены кальцитом и доломитом. Первый образует агрегаты мелких зерен с размером индивидуальных кристаллов до 0,1 мм, а также крупные толстопризматические сдвойникованные кристаллы размером до 1,5 см. Минерал содержит Mn до 1,14 масс.% Mn. Доломит образует прожилки мощностью до 1 мм и содержит до 0,9 масс.% MnO.

Мусковит слагает агрегаты размером несколько сотен микронов, сложенных мелкими чешуйками. Его средний состав (n = 2, масс.%): 47,58 —48,70 SiO₂, 0,20—0,35 TiO₂, 34,74—35,25 Al₂O₃, 1,40—1,44 MgO, 1,24—1,60 FeO_общ., 9,29—9,94 K₂O, 0,36—0,37 Na₂O, 4,59—4,60 H₂O_расч., сумма 96,36—96,69; формула минерала Na_{0,046—0,047}K_{0,772—0,828} (Al_{1,867—1,936}Mg_{0,136—0,146}Fe_{0,068—0,087}Ti_{0,010—0,017})_2,000[Si_{3,109—3,172}Al_{0,252—0,531}O₁₀](OH)_2,000.

Рудная минерализация

На проявлении Топь макроскопически руды имеют полосчатое строение, выраженное чередованием полос пирита и халькопирита. При микроскопических наблюдениях видно, что пирит брекчирован и цементируется халькопиритом. Главными рудными минералами проявления являются пирит, халькопирит, сфалерит, галенит; к редким относятся молибденит, пирротин, теллуровисмутит, самородное золото, гессит, петцит, акантит.

Пирит образует крупные выделения размером до нескольких сотен микронов двух типов. Пирит первого типа (пирит I) незональный, по данным электронно-зондового анализа содержит незначительное количество (первые тысячные доли а.ф.) Mn, Co и Ni. Его кристаллы брекчированы и трещины залечены халькопиритом. Пирит второго типа (пирит II) образует идиоморфные кристаллы также размером несколько сотен микронов, в которых отдельные зоны обогащены As до 2,1 масс.%.

Халькопирит цементирует трещиноватые кристаллы пирита и нарастает на последний, образуя выделения размером несколько сотен микронов. По химическому составу халькопирит, цементирующий брекчированный пирит I, и халькопирит крупных выделений идентичны. Минерал содержит примеси, масс.%: до 0,06 Ag, до 0,30 Zn, до 0,15 Ni и до 0,11 Co.

Сфалерит слагает выделения размером первые сотни мкм; он нарастает на халькопирит или выполняет трещины в нем. Минерал содержит эмульсионную вкрапленность халькопирита и характеризуется низким содержанием Fe (2,56 масс.%), содержание Cu не превышает 1,29 масс.%, концентрация Cd и Mn до 0,67 масс.% и 0,08 масс.% соответственно.

Галенит образует срастания со сфалеритом, слагает вростки в пирите первого типа и выполняет трещины в нем (рис. 2А). Иногда в галените фиксируется примесь Se до 1,88 масс.%.

Пирротин представлен мелкими реликтами в пирите I (рис. 2А). По химическому составу это сернистый моноклинный пирротин Fe₇S₈.

Благороднометалльная минерализация представлена мелкими вростками гессита и акантита в пирите и халькопирите, самородным золотом (пробность 831—855), которое, по-видимому, образует тонкие срастания с гесситом (рис. 2А), петцитом (рис. 2Б), тонкими выделениями акантита на границе между зернами сфалерита и галенита.

По структурно-текстурным особенностям руды проявления Лучик относятся к прожилково-вкрапленному типу. Рудные минералы обнаруживаются в кварцевых и карбонат-кварцевых прожилках, которые рассекают пропилиты. Мощность одной зоны прожилкования не превышает нескольких метров. Главным рудным минералом прожилков является пирит; второстепенные: халькопирит, марказит, сфалерит, пирротин, блеклые руды; редко встречаются арсенопирит, молибденит, кобальтин.

Пирит представлен выделениями двух типов. Первый тип — это идиоморфные выделения размером до нескольких сотен мкм, которые зачастую брекчированы и трещины залечены халькопиритом. Пирит содержит незначительное количество Co (0,44 масc.%) и Ni (0,06 масc.%). Второй тип также слагает крупные кристаллы, но в отличие от первого типа его зерна зональные по химическому составу, что обусловлено вариациями содержания As (от 0,04 до 5,87 масс.%). В пирите первого типа отмечаются реликты пирротина, а в пирите второго типа к зонам роста иногда приурочен кобальтин.

Халькопирит слагает зерна размером несколько десятков микронов. Минерал образует срастания с молибденитом, обрастает и замещает пирит первого типа и цементирует его брекчированные кристаллы. Отмечается тонкая эмульсионная вкрапленность халькопирита в краевых зонах роста кристаллов сфалерита.

Сфалерит образует редкие одиночные кристаллы размером первые сотни микронов или срастания с халькопиритом. Такой сфалерит относится к первой генерации и по данным качественного электронно-микроскопического анализа содержит примесь Fe. Сфалерит второй генерации слагает тонкиt прожилки в зернах сфалерита-I и представлен практически безжелезистой разновидностью — клейофаном.

Блеклые руды представлены относительно крупными кристаллами размером до первых сотен мкм. Они выполняют интерстиции между кристаллами пирита второго типа и трещины в них (рис. 3А). По химическому составу блеклые руды относятся к теннантиту-(Zn) и тетраэдриту-(Zn) (рис. 3Б). В целом величины сурьмянистости Sb/(Sb+As) и железистости Fe/(Fe+Zn) в блеклых рудах варьируют соответственно от 0,18 до 0,75 и от 0,31 до 0,47. Интересной особенностью состава тетраэдрита-(Zn) является повышенное содержание Hg (до 5,84 масс.%).

Марказит образует кристаллы длиной до 200 микронов в кварцевых и карбонатных прожилках и их агрегаты. Иногда на них нарастают мелкие сферолитоподбные кристаллы арсенопирита (рис. 4А). Скорее всего, учитывая форму кристаллов, марказит представляет собой псевдоморфозу по раннему пирротину.

Арсенопирит представлен мелкими сферолитоподобными выделениями размером до 5 микронов, которые нарастают на марказит (рис. 4А). Арсенопирит также выполняет трещины в марказите (рис. 4Б) и нарастает на пирит второго типа. Химический состав минерала, масс.%: 35,00 Fe, 37,81 As, 2,72 Sb, 22,29 S, сумма 97,82. Отношение S/As составляет 1,38.

Обсуждение результатов и выводы

Проведенные исследования свидетельствуют о похожем характере метасоматоза и рудной минерализации проявлений северного фланга Баимской рудной зоны. В обоих случаях ведущим типом метасоматитов являются пропилиты, сложенные минералами с близким химическом составом. Также похожа и рудная минерализация, где главными минералами являются пирит и халькопирит, при этом последний цементирует брекчированные кристаллы первого. На обоих проявлениях присутствуют зональный обогащенный мышьяком поздний пирит, сфалерит, пирротин, молибденит. Эти данные указывают на схожий характер гидротермального процесса на обоих проявлениях. Вместе с тем есть некоторые различия в минеральном составе руд. Так, на проявлении Лучик отмечены марказит, арсенопирит, блеклые руды, а на проявлении Топь — галенит, самородное золото, гессит, петцит, акантит. Скорее всего, эти различия вызваны тем, что в изученных образцах упомянутые минералы отсутствовали, но могут быть обнаружены при изучении других образцов. Подтверждением возможной находки минералов благородных металлов на проявлении Лучик является небольшая россыпь, которая отрабатывалась в прошлом.

Зональный обогащенный As пирит обычен для эпитермальных (низкотемпературных) месторождений [6][8][9]. В пределах Баимской зоны он описан на Au-Ag месторождении Весеннее, которое является частью порфирово-эпитермальной системы рудного поля Находка [6].

Интересно обнаружение арсенопирита, нарастающего на марказит и заполняющего трещины в нем и позднем мышьяковистом пирите. Подобные соотношения описаны на месторождении карлинского типа Дип Стар в Неваде [16]. Известно, что месторождения этого типа формируются при температуре 180—250 ^оС [15]. Поэтому можно предположить, что мышьяковистый пирит, марказит и арсенопирит на проявлении Лучик также формировались в этом температурном диапазоне. Относительно низкая температура образования арсенопирита Лучика подтверждается наличием в нем примеси сурьмы. Сурьму-содержащий арсенопирит был неоднократно описан на эпитермальных месторождениях [1—3][10].

Еще одной находкой, заслуживающей обсуждения, является ртуть-содержащий тетраэдрит-(Zn), ранее не отмечавшийся среди блеклых руд Баимской рудной зоны [21]. Хотя ртуть-содержашие минералы были ранее установлены на проявлении Туманное, которое расположено в 45 км к югу от месторождения Песчанка и находится в зоне экзонконтакта Вукнейского массива, относящегося к егдэкгычскому комплексу [13]. В цитируемой работе также есть ссылки на находки киновари на проявлениях южного фланга Баимской зоны. Ртуть-содержащий тетраэдрит-(Zn) проявления Лучик отличается от тетраэдрита-(Zn) золото-серебряного месторождения Весеннее большей железистостью (рис. 3Б) и отсутствием в составе серебра.

Ртутистые блеклые руды до тетраэдрита-(Hg) обычны для эпитермальных вулканогенных месторождений, где они ассоциируют с киноварью, баритом, халькопиритом, борнитом, халькостибитом, гематитом, магнетитом [14][17][18]. В то же время они описаны и на гипабиссальных плутоногенных месторождениях золота, например Кварцитовые горки в Северном Казахстане, где содержание ртути в минерале достигает 6.8 масс.% [11].

Приуроченность ртутистого тетраэдрита-(Zn) Лучика к кварц-карбонатным прожилкам в интрузивных породах и отсутствие парагенных гематита, магнетита, халькостибита, киновари свидетельствуют о плутоногенном происхождении минерала на гипабиссальном уровне. С учетом минеральной ассоциации описываемая блеклая руда формировалась при относительно низкой (эпитермальной) температуре (180—250 ^оС).

Благороднометалльная минерализация, обнаруженная на проявлении, полностью совпадет с описанной ранее на эпитермальном Au-Ag месторождении Весеннее, входящем в состав рудного поля Находка, которое является частью Баимской зоны [8].

Согласно работе [22], эпитермальные месторождения вне зависимости от связи с интрузивным магматизмом или вулканизмом делятся на три типа: (1) high sulfidation (HS), (2) intermediate sulfidation (IS), (3) low sulfidation (LS), каждый из которых имеет свой характерный набор минералов. Сопоставляя данные цитируемой работы и данные, полученные нами, можно заключить, что рудная минерализация проявлений Топь и Лучик относится с типу IS. Учитывая, что эпитермальная минерализация развита в верхней части гидротермальной колонны, и наличие в Баимской зоне оруденения порфирового типа, на проявлениях Топь и Лучик возможно появление порфировой минерализации на глубине.