О рудно-фациальном анализе месторождений полезных ископаемых. Масленников В. В. // Металлогения древних и современных океанов–2008. Рудоносные комплексы и рудные фации. Миасс: ИМин УрО РАН, 2008.

 

Рассмотрен метод рудно-фациального анализа месторождений полезных ископаемых и основные рудные фации железорудных, колчеданных и марганцевых месторождений. Под рудными фациями понимаются значимые минеральные скопления со сходными текстурно-структурными признаками, свойственные близким обстановкам рудообразования. Выделены основные железо-, марганцеворудные и колчеданные фации, которые подразделяются на ряд более мелких фаций, таких как придонные и донные гидротермальные, гидротермально-биогенные, кластогенные, гидротермально-метасоматические и гальмиролитические фации.

 

Библ. 12.

 

 

В середине XIX века, благодаря работам А. Грессли, зародился термин «фация» (от лат. facies – лицо, облик) для обозначения изменений состава осадочных пород и заключенных в них органических остатков в пределах одного стратиграфического горизонта. Так как А. Грессли определял фации многосторонне (петрографический состав пород, органические остатки, генезис отложений, их изменения), то этот термин стал пониматься в разных смыслах. За последние сто лет термин существенно преобразился, появились новые оттенки в его понимании в зависимости от масштабов и типов объектов исследований. Понятие распространилось на все типы горных пород (магматические, метаморфические, метасоматические) и руды. В ряде работ термину придается новый смысл, иногда он используется как термин «свободного пользования». Новые определения многочисленны и нередко вызывают острые дискуссии [Ботвинкина, 1974]. Одни исследователи придают термину «фация» смысл обстановки, другие подразумевают под ним породы или комплексы пород. Однако, все определения являются лишь частными отражениями главного смысла фациального метода, где фация является частью геологического тела (или поверхности), отличающейся от другой фации различными генетическим признаками, отражающими условия формирования. То есть фация должна характеризовать изменчивость, что и предполагалось в исходном определении. Следует подчеркнуть, что фации обладают свойством разномасштабности в зависимости от размеров и детальности изучаемых объектов. Наряду с мега- и макрофациями, могут быть микрофации, наблюдаемые под микроскопом.

Метод литолого-фациального анализа успешно развивался при изучении угленосных и рудоносных фаций осадочных месторождений, включая железо- и марганцеворудные, свинцово-цинковые и медистых песчаников. К середине XX века стало ясно, что рудные залежи, представляющие части рудоносных фациальных комплексов, сами по себе сложены гетерогенными фациями. В связи с этим, появились предпосылки для появления термина «рудные фации» применительно к частям рудных залежей, формировавшимся в определенных физико-химических и/или палеогеографических обстановках.

Автор совместно с В. В. Зайковым разработал рудно-фациальный подход, учитывающий механизм рудоотложения [Масленников, Зайков, 1998; 2006]. Под рудными фациями понимаются промышленно значимые минеральные скопления со сходными текстурно-структурными и вещественными признаками, свойственными близким обстановкам и процессам рудообразования. Рудные фации являются элементами рудоносных систем и в залежах минерального сырья образуют закономерные сочетания. Они слагают рудные тела или их части, отличающиеся от другой части этого же тела важными генетическими признаками, которые отражают специфические условия минералообразования.

Безусловно, рудные фации нередко образуют парагенетические системы, которые в совокупности могут быть отнесены к определенным рудным формациям. Вместе с тем, именно рудно-фациальные исследования, привлекающие как можно более разнообразные генетические модели для интерпретации наблюдаемой изменчивости, открывают перспективы для понимания взаимосвязи различных типов месторождений полезных ископаемых. Проиллюстрируем это на примере рудных фаций железорудных, марганцеворудных и колчеданных месторождений. Для разных полезных ископаемых применялись различные подходы, основанные на вещественных признаках.

Железорудные фации входят в состав различных генетических типов месторождений, связанных с корами выветривания, карcтовыми воронками, руслами рек, озерно-болотными, морскими и океаническими бассейнами, образующими единый фациальный ряд [Страхов, 1962]. Каждый тип месторождений характеризуется своими, только ему свойственными, генетическими типами руд. Очень часто ясных закономерностей в изменчивости руд в пределах континентальных месторождений наметить почти не удавалось, и поэтому рудные фации выделялись со значительными трудностями. В отложениях морских бассейнов выделяются фации гидрогетит-шамозит-сидеритовых руд, связанные с терригенными осадками со стороны береговой линии и с глинисто-карбонатными – со стороны открытого бассейна. Переход одной фации в другую характеризуется изменениями гранулометрии, фрагментов фауны, текстур, минерального состава и, в частности, степенью редуцированности железосодержащих компонентов (сменой гидрогетита шамозитом с примесью сидерита). Предполагается, что докембрийские тонкослоистые джеспилитовые фации, в отличие от послепротерозойских оолитовых, локализовались в пределах центральных глубоководных частей бассейнов и имеют обратную фациальную изменчивость: сидеритовые роговики с пиритом сменяются сидерит-магнетитовыми и затем гематитовыми фациями при переходе от внешней более мелководной глинистой зоны во все более пелагическую часть моря [Страхов, 1962]. Вместе с тем, Н. М. Страхов отмечает, что схемы других исследователей нередко обратные и не находят удовлетворительного объяснения. Причинная связь железорудных фаций с вулканогенно-осадочными отложениями, дистальные фации которых иногда диагностируются в осадочных разрезах, обычно не рассматривается.

Еще более сложной оказывается интерпретация условий образования железорудных фаций, связанных с вулканогенно-осадочными комплексами. Исследователи единодушны лишь в том, что эти фации формировались в морском бассейне совместно с вулканокластическими и карбонатными отложениями [Рахманов и др., 1978]. На месторождении Джаильминской мульды в Центральном Казахстане (Западный Каражал, Ушкатын) наиболее интересными для интерпретаций являются фациальные переходы карбонатно-гиалокластических фаций к магнетитовым, гематитовым, гаусманит-браунитовым и марганцевокарбонатным. Аналогичные переходы между магнетитовыми рудными фациями и эффузивно-карбонатными толщами можно наблюдать на слабометаморфизованных магнетитовых месторождениях (Качар).
Тесная ассоциация этих месторождений с вулканитами привела многих геологов к мысли о связи железонакопления с гидротермально-осадочными процессами.
Однако, пока рудно-фациальные ряды, подтверждающие эту концепцию, не прослежены. Не выделены фации гидротермальных построек и продуктов их разрушения. Вместе с тем, наличие фациальных переходов между известковистыми гиалокластитами, палагонитами, железистыми продуктами их разложения и железорудными фациями наводит некоторых исследователей на мысль об участии гальмиролиза (подводного выветривания) гиалокластитов и их смесей с карбонатами в процессах железонакопления [Hummel, 1922; Масленников, 1999; 2006]. В целом, признаки тонкослоистых осадочных, гидротермально-осадочных и гальмиролитических железорудных фаций на настоящий момент для многих исследователей остаются конвергентными. Интересными для рудно-фациального анализа являются сульфидно-магнетитовые фации, часть из которых относится к диагенетическим [Страхов, 1962], а другая часть, содержащая оруденелую фауну – к контактово-метаморфи­ческим, образовавшимся по железистым гальмиролититам, первоначально насыщенным карбонатными фрагментами раковин [Масленников и др., 2007].

Марганцеворудные фации осадочных месторождений хорошо изучены на основе литолого-фациальных исследований [Страхов, 1962]. Установлена смена рудных фаций от алевропесчаных до алеврито-глинистых и манганокальцит-родохрозитовых фаций прибрежно-морских и дельтовых обстановок (Никополь, Чиатура). Тесная ассоциация марганцеворудных фаций с удаленными вулканогенно-осадочными отложениями привела к представлениям о гидротермальном источнике марганца в противовес модели переотложения кор выветривания древних щитов. Железо-марганцеворудные фации нередко ассоциируют с вулканогенно-осадочными отложениями и известняками (Каражал, Ушкатын, Жайрем). На этих месторождениях выделены гаусманит-браунитовые, манганокальцитовые, родохрозитовые рудные фации. Предполагается, что накопление марганцевых фаций происходило синхронно с карбонатонакоплением во впадинах, обрамленных островной сушей. При этом установлена смена кремнисто-железорудных фаций марганцево-карбонатными. Предполагается, что марганец поставлялся поствулканическими гидротермами [Рахманов и др., 1978], хотя каких-либо отчетливых центров гидротермальной деятельности и соответствующих фациальных переходов не обнаружено. Много вопросов в настоящее время вызывают результаты рудно-фациального анализа марганцеворудных месторождений в кремнисто-вулканогенных толщах (магнитогорский, францисканский типы). На этих месторождениях в качестве фациальных рядов выделяются придонные гидротермальные гематит-кварцевые (джасперитовые) холмы, в кровле которых залегают линзы карбонатных, силикатных и оксидных марганцевых руд, а на флангах среди яшм – марганцевые конкреции [Зайков, 1991; 2006]. Следует заметить, что многие другие марганцевые месторождения ассоциируют с известковистыми вулканокластическими отложениями, однако возможная роль гальмиролиза гиалокластитов как процесса формирования железомарганцевых отложений не рассматривалась и, соответственно, гальмиролитические фации не выделялись, хотя признаки придонного разложения гиалокластогенного и карбонатного материала и замещения его кварцем, марганцевыми и железистыми минералами имеются.

Колчеданные фации. В рудных залежах колчеданных месторождениях обнаружены разнообразные рудные фации, среди которых наиболее распространенными и индикаторными являются придонные и донные гидротермальные фации, гидротермально-биогенные фации, кластогенные, гидротермально-метасоматические и субмаринные гипергенные или гальмиролитические [Масленников, Зайков, 2006; Масленников, 1999; 2006; Зайков, 2006].

Придонные (поддонные) гидротермальные фации сульфидных отложений образовались ниже поверхности дна, но одновременно с донными гидротермальными и гидротермально-осадочными процессами. В эту группу входят гидротермальные жильные крустификации, трубчатые рудоподводящие каналы («кондуиты»), разнообразные по составу фации массивных и вкрапленных гидротермально-метасо­матических руд.

Донные гидротермальные фации сульфидных отложений формировались в устьях гидротермальных источников и представлены субфациями сульфидных гидротермальных труб «черных» и «белых курильщиков», диффузоров, гидротермальных плит и корок, гидротермально-осадочных слоистых пачек.

Гидротермально-биогенные фации включают субфации биостромов, сульфидных строматолитов и бактериальных матов. Биостромы, изученные на месторождениях Урала (Сибайском и Яман-Касинском), подразделяются по составу организмов, например, пелеципод-вестиментиферовые, брахиопод-моноплакофоровые, строматолитовые, полихетовые.

Кластогенные сульфидные и сульфатные фации представлены соответствующими литодинамическими типами: элювиальными и коллювиальными брекчиями, проксимальными («грейдитами») и дистальными («ритмитами») турбидитами.
Перечисленные фации последовательно сменяют друг друга с удалением от сульфидного холма.

Субмаринные гипергенные фации включают фации выщелачивания, вторичного сульфидного обогащения и полного субмаринного окисления. Тела, сложенные продуктами субмаринного гипергенеза, приурочены к кровле и удаленным выклинкам рудных тел. Особый интерес вызывает генезис железорудных и марганцеворудных фаций, встречающихся в колчеданоносных горизонтах и сложенных сопряженными карбонатными и гиалокластогенными отложениями. Часть марганца и железа, безусловно, должна иметь гидротермальное происхождение. Однако, литолого-фациальными исследованиями установлено, что в большинстве своем эти фации являются гальмиролититами – продуктами подводного разложения известковистого гиалокластогенного материала, иногда содержащего примесь окисляющихся сульфидов [Масленников, 1999; 2006; Аюпова, Масленников, 2005]. Было показано, что гальмиролиз именно известковистых гиалокластитов и процессы диагенетической дифференциации приводят к выносу большинства химических элементов, включая элементы-гидролизаты и кремнезем, и в тоже время накапливают железо и марганец. В бескарбонатных колчеданоносных горизонтах эти железорудные и марганцеворудные фации часто отсутствуют. Это наводит на мысль, что железорудные и марганцеворудные фации имеют с колчеданными месторождениями не столько генетическую, сколько парагенетическую ассоциацию. В этом смысле может проявиться связь между колчеданными, железорудными и марганцеворудными месторождениями.

Дальнейшее развитие метода рудно-фациального анализа должно включать составление рудно-фациальных рядов для главнейших видов полезных ископаемых. Намечается, что таковые могут быть созданы не только для месторождений близкого происхождения, но и для различных минеральных скоплений. Разделение залежей по механизму отложения: гидротермального, гипергенного, инфильтрационного, экзогенного, техногенного и др. поможет создать новую классификацию месторождений.

Исследования выполнены при финансовой поддержке Минобрнауки РФ (РНП 2.1.1.1840), РФФИ (08-05-00731-а), Президиума РАН (программы № 17 и ОНЗ-2), интеграционного проекта УрО-СО РАН и ЮУрГУ. Автор благодарен проф.
В. В. Зайкову и к.г.-м.н. Н. Р. Аюповой за сотрудничество.

 

1.   Аюпова Н. Р., Масленников В. В. Гальмиролититы Узельгинского колчеданоносного поля. Миасс: УрО РАН, 2005. 199 с.

2.   Ботвинкина Л. Н. Генетические типы отложений областей активного вулканизма. Тр. ГИН АН СССР. Вып. 263. М.: Наука, 1974. 318 с.

3.   Зайков В. В. Вулканизм и сульфидные холмы палеоокеанических окраин. М.: Наука, 1991. 206 с.

4.   Зайков В. В. Вулканизм и сульфидные холмы палеоокеанических окраин (на примере колчеданоносных зон Урала и Сибири). Изд. 2-ое, доп. М.: Наука, 2006. 428 с.

5.   Страхов Н. М. Основы теории литогенеза. Закономерности состава и размещения гумидных отложений. М.: АН СССР, 1962. Т. 2. 574 с.

6.   Рахманов В. П., Ходак Ю. А., Грибов Е. М. Генетические типы марганцевоносных фаций // Типы рудоносных фаций. М: Наука, 1978. С. 81–113.

7.   Масленников В. В. Седиментогенез, гальмиролиз и экология колчеданоносных палеогидротермальных полей (на примере Южного Урала). Миасс: Геотур, 1999. 348 с.

8.   Масленников В. В. Литогенез и колчеданообразование. Миасс: ИМин УрО РАН, 2006. 384 с.

9.   Масленников В. В., Зайков В. В. Метод рудно-фациального анализа в геологии колчеданных месторождений. Челябинск: ЮУрГУ, 2006. 224 с.