1699 – Металлогения древних и современных океанов

РЕФЕРАТ

УДК 553.32(234.853)

Генезис марганцевых месторождений палеовулканических комплексов Южного Урала. Брусницын А. И., Жуков И. Г. // Металлогения древних и современных океанов–2008. Рудоносные комплексы и рудные фации. Миасс: ИМин УрО РАН, 2008.

На примере гидротермально-осадочных марганцеворудных месторождений Южного Урала приводится реконструкция нескольких последовательных этапов становления месторождений: седиментация рудоносных отложений (D₂–D₃); их диагенез (D₂–D₃); ката- и метагенез (метаморфизм погружения) (D₃–C); гидротермально-метасоматическое минералообразование в период тектонических деформации вулканогенно-осадочной толщи (C–P); гипергенные
процессы (MZ–Q).Дана краткая характеристика и минеральный состав руд, характерный для каждого этапа.

Табл. 3. Библ. 10.

А. И. Брусницын¹, И. Г. Жуков²

¹– Санкт-Петербургский государственный университет

brusspb@yandex.ru

² – Институт минералогии УрО РАН, г. Миасс

Генезис марганцевых месторождений
палеовулканических комплексов Южного Урала

Среди вулканогенных и вулканогенно-осадочных толщ различного возраста широко распространены стратиформные марганцевые залежи, которые подавляющим большинством исследователей относятся к гидротермально-осадочному генетическому типу [Гаврилов, 1972; Калинин, 1978;Контарь и др., 1999]. Условия и механизмы формирования подобных объектов нами исследованы на примере девонских месторождений Магнитогорского палеовулканического пояса на Южном Урале [Старикова и др., 2004; Брусницын, Жуков, 2005; Жуков, 1996; Жуков, 2000]. Анализ полученных в последние годы данных позволяет реконструировать несколько последовательных этапов становления изученных месторождений (табл. 1).

Таблица 1

Этапы геологического развития марганцевых месторождений Южного Урала

Возраст	Этапы
Возраст	геологического развития Магнитогорского палеовулканического пояса	формирования и преобразования марганцевых месторождений
D₁–D₂	Развитие островодужной системы, сопровождавшееся активными вулканическими извержениями (преимущественно подводными)
D₂−D₃	Затухание вулканической деятельности, накопление в депрессиях островной дуги и котловине междугового бассейна эдафогенного, гидротермального и органогенного материала	Формирование гидротермальных систем, седиментация и диагенез рудоносного вещества
D₃−C₁	Полное прекращение магматических процессов, нивелирование вулканического рельефа, накопление мощных осадочных толщ	Захоронение и метаморфизм рудоносных отложений
C₂−P	Коллизия островодужной системы, создание складчатого пояса	Тектоническая деформация месторождений, гидротермальное (прожилковое) минералообразование
MZ−KZ	Денудация горного сооружения, создание современного облика Урала	Частичная денудация и гипергенез месторождений

1. Седиментация рудоносных отложений (D₂–D₃). Накопление марганцевоносных осадков происходило в обстановке островодужной системы, сочетавшей в себе вулканические гряды энсиматической островной дуги и глубоководную депрессию задугового (междугового) бассейна. Причем, рудные отложения установлены как в пределах собственно островодужных комплексов, так и среди отложений задугового бассейна.

Марганцевые залежи образуются в период ослабления или прекращения вулканической активности, когда формирование морских осадочных толщ происходит за счет седиментации эдафогенного, биогенного и гидротермального вещества. Рудные тела являются продуктом «жизнедеятельности» низкотемпературных гидротермальных систем. Марганец, железо, кремний и другие элементы выщелачивались гидротермами из вулканитов океанической коры и выносились на поверхность морского дна, где в результате смены физико-химических параметров среды происходила разгрузка рудоносных растворов.

По условиям локализации марганцевые отложения четко делятся на два взаимосвязанных типа (табл. 2): а) проксимальные залежи, сформировавшиеся в участках просачивания растворов на поверхность морского дна; б) дистальные залежи, образовавшиеся на удалении от устья гидротермальных источников.

Таблица 2

Характеристика марганцевых месторождений Южного Урала

	Месторождения
Характеристика	Тип первый (проксимальные отложения)	Тип второй (дистальные рудоносные отложения)
Стратиграфическое положение	Имеют широкий стратиграфический размах: локализованы в толщах улутауской свиты (D₂zv−D₃fr₁), бугулыгырского горизонта (D₂ef), карамалыташской свиты (D₂ef)	Имеют узкий стратиграфический интервал: локализованы исключительно в толще бугулыгырского горизонта (D₂ef)
Взаимоотношение рудных тел с джасперитами	Рудные линзы локализованы непосредственно на флангах джасперитовых тел и образуют с ними единые рудоносные залежи	Рудные тела расположены в стратиграфическом и/или латеральном отрыве от джасперитов
Рудовмещающие породы	Джаспериты, яшмы, кремнистые алевролиты, железо-кремнистые туффиты	Яшмы
Вертикальная и латеральная зональность продуктивной толщи	Выражена ясно: 1) джаспериты ® руды 2) джаспериты ® яшмы + руды ® алевролиты + руды; 3) джаспериты ®Fe-туффиты + руды	Выражена слабо или отсутствует
Морфология и размеры рудных залежей	Одно или несколько массивных линзовидных или пластообразных тел протяженностью до 250 м при мощности до 3 м. Реже горизонты марганцевых конкреций.	Один или несколько продуктивных горизонтов, представленных пачками ритмичного переслаивания рудных слойков с яшмами. Протяженность горизонтов до 500 м при мощности 0.5–1 м.
Внутреннее строение рудных тел	Очень неоднородное линзовидно-полосчатое, латерально-зональное: в направлении от джасперитов уменьшается минералогическое разнообразие руд	Однородное ритмично-полосчатое
Минеральный тип руд¹	Оксидно-карбонатно-силикатный	Оксидно-силикатный
Главные минералы руд¹	Родохрозит, кальцит, тефроит, андрадит, пьемонтит, родонит, пироксмангит, кариопилит, кварц, гематит, гаусманит	Браунит, гематит, кварц
Текстуры и структуры руд	Линзовидные, полосчатые, сферолитовые, прожилково-сетчатые, микрозернистые, колломорфные, спутанноволокнистые, органогенные	Полосчатые, микрозернистые, органогенные
Наличие морской фауны в рудах и силицитах	Макроформы в джасперитах, микроформы в яшмах, алевролитах и рудах	Микроформы в яшмах

Примечание: ¹ – без учета гипергенной минерализации.

Для месторождений первого типа (Кожаевское, Уразовское, Биккуловское, Кызыл-Таш, Южно-Файзулинское и др.) характерны широкий стратиграфический размах (D₂ef – D₃fr); тесная ассоциация марганцевых линз с джасперитами (гематит-кварцевыми породами – литифицированными аналогами железо-кремнистых отложений гидротермальных систем современного океана); зональное строение (джаспериты ® руды); неоднородное внутреннее строение и пестрая минералогия рудных залежей. Главные минералы: гаусманит, гематит, родохрозит, кальцит, тефроит, родонит, андрадит, пьемонтит, пумпеллиит, кариопилит и др., всего более 60 фаз [Брусницын, Жуков, 2008].

Формирование подобных отложений происходит при поступлении на открытый участок морского дна низкотемпературных гидротермальных растворов, имеющих, вероятно, термоконвекционную природу. В области смешения флюида с морской водой создавался геохимический барьер, на котором осаждались рудные компоненты. При этом большая часть кремнезема и железа отлагалась непосредственно у устья гидротермы, давая начало железо-кремнистым илам (протоджасперитам), а марганец – на небольшом удалении от него, где рудоносный флюид был максимально разбавлен морской водой. Пульсационный характер гидротермальной деятельности обеспечивал ритмичное поступление рудного материала в область седиментации, где он неравномерно смешивался с «фоновыми» осадками. В результате рудные залежи приобретали линзовидно-полосчатое строение с неоднородными составом.

Месторождения второго типа (Ниязгуловское-2, Габдиновское, Аюсазовское, Кусимовское, Северо-Файзулинское и др.) похожи друг на друга и резко отличаются от месторождений первого типа. Все они расположены на одном стратиграфическом уровне, марганцевоносными являются сургучные яшмы бугулыгырского горизонта (D₂ef), которые по строению и составу сопоставимы с металлоносными отложениями современных океанов. Рудные тела просты и однообразны по строению: как правило, они представляют собой пачку (мощностью до 2 м) ритмичного переслаивания тонких браунитовых и яшмовых прослоек. Рудные горизонты не имеют хорошо выраженной латеральной зональности.

Очевидно, такие объекты формируются в ходе седиментации той части гидротермального вещества, которая изначально не концентрировалась вблизи гидротермального источника, а была рассеяна в водной толще. В этом варианте накопление рудных скоплений контролировалось гидрохимическим режимом водоема. Подобная обстановка способствовала образованию однородных по составу и строению металлоносных отложений.

2. Диагенез рудоносных отложений (D₂–D₃). Седиментация марганца, скорее всего, проходила преимущественно в оксидной форме, как это имеет место в современных гидротермальных системах. Пути последующего диагенеза зависели от наличия в осадке органического вещества. Разложение последнего создавало восстановительную среду минералообразования, способствующую трансформации оксидов четырех- и трехвалентного марганца в гаусманит, масштабной кристаллизации родохрозита, появлению неотокита и некоторых слоистых силикатов двухвалентного марганца, формированию вкрапленников сульфидов Mn, Fe, Pb, Zn, Cu, Ni и Mo.
В результате породы приобретают в основном оксидно-карбонатный состав с примесью силикатных и сульфидных фаз.

О диагенетическом происхождении родохрозита свидетельствуют развитие его в виде сферолитовых, глобулярных, колломорфных и т.п. структур и отчетливые признаки замещения родохрозитом оксидных минералов. Участие в образовании карбонатов органического вещества (в том числе метана) подтверждается данными по изотопии углерода в родохрозите и кальците месторождений Южно-Файзулинское и Кызыл-Таш (d¹³С: от –51.4 до –10.8‰, PDB) [Кулешов, Брусницын, 2005]. Кроме того, на Южно-Файзулинском месторождении найдены реликты пригидротермальной макрофауны со следами прижизненного бактериального обрастания [Жуков, Мизенс, 1998].

Обогащенные органическим веществом отложения характерны для пригидротермальных построек. Дистальные рудоносные осадки характеризовались низким содержанием биогенного материала или даже его отсутствием. Поэтому карбонаты для них не типичны, а марганец сохраняет высокую степень окисления, концентрируясь преимущественно в составе браунита.

3. Ката- и метагенез (метаморфизм погружения) рудоносных отложений (D₃–C). Дальнейшее захоронение марганцевых пород (на глубину не менее 8 км) сопровождалось постепенным увеличением их температуры и давления вплоть до значений Т = 200−260 °С, Р = 2–3 кбар. В этих условиях в рудоносных залежах образовывались многочисленные силикаты марганца (табл. 3).

Наиболее интенсивные преобразования произошли в пригидротермальных отложениях оксидно-карбонатного состава. Характер метаморфогенных ассоциаций здесь во многом определялся соотношением в породах ведущих компонентов (Mn, Si, Ca, Fe, Al, C и др.). В максимально обогащенных марганцем участках кристаллизовались тефроит, риббеит, аллеганит и кариопилит, сохранялись устойчивыми гаусманит и родохрозит. В породах с меньшими содержаниями марганца, но большими кремния, образовались родонит, пироксмангит, кариопилит и парсеттенсит, широко развит кварц. Наличие кальция и железа способствовало появлению андрадита, кроме того, здесь же постоянно присутствуют кальцит и гематит, реже встречаются йогансенит, магнетит и якобсит. На месте глинистых прослоев образовывались скопления спессартина и марганцевого клинохлора, включения вулканокластики замещались эпидотом, пьемонтитом, минералами группы пумпеллиита, парсеттенситом, широцулитом, титанитом, гематитом и др.

Метаморфогенное минералообразование в дистальных, существенно оксидных, отложениях менее разнообразно. В дополнение к уже существовавшим кварцу, брауниту и гематиту, здесь появляются пироксмангит, родонит, андрадит, пьемонтит, марганцевые эгирин, эгирин-авгит, винчит, магнезиорибекит, кариопилит, парсеттенсит и др. Однако, общее содержание перечисленных минералов, как правило, очень низкое и, в целом, породы имеют однородный браунит-кварцевых состав.

4. Гидротермально-метасоматическое минералообразование в период тектонических деформаций вулканогенно-осадочной толщи (C–P). На участках тектонических деформаций в рудных залежах наблюдается развитие сети секущих прожилков. Они очень просты и однообразны по своему минеральному наполнению. В оксидно-карбонатно-силикатных породах это в основном кварц-родонитовые, родонит-родохрозитовые прожилки. В оксидно-силикатных породах поздние прожилки выполнены, главным образом, кварцем и родонитом.

По механизму образования прожилки делятся на сегрегационные, сформировавшиеся по способу «альпийских жил» и метасоматические, развивающиеся за счет привноса кремнезема в обогащенные марганцем участки залежи. Наблюдения показывают, что образование поздних прожилков обусловлено лишь локальным перераспределением вещества внутри рудной залежи. Перенос вещества осуществлялся местными поровыми растворами, мобилизованными тектоническими движениями. При этом миграция вещества происходила на очень небольшое расстояние, не превышающее мощности марганцевоносного пласта. Привноса вещества из внешних (глубинных и т.п.) источников, по всей видимости, не было. Кроме того, поразительное минералогическое однообразие прожилков указывает на то, что в пределах каждого из месторождений сеть периодически раскрывающихся трещин функционировала как система сообщающихся сосудов, где возможные локальные различия в составе флюида быстро нивелировались, по крайней мере, в отношении самых подвижных фаз.

Таблица 3

Этапы формирования минерального состава, текстур и структур марганцевых пород месторождений Южного Урала

			Тип пород
Этап	Процессы	Возраст	Оксидно-карбонатно-силикатный		Оксидно-силикатный
			Минералы¹	Текстуры и структуры	Минералы¹	Текстуры и структуры
1	Седиментогенез	D₂−D₃	Оксиды и гидроксиды Mn и Fe, Mn−Si-гель, кварц, карбонаты Ca, смектиты, биогенное вещество (С_орг), вулканомиктовый материал	Слоистые, пелитовые, комковатые, органогенные	Оксиды и гидроксиды Mn и Fe, кварц, карбонаты Ca, смектиты, вулканомиктовый материал	Слоистые, пелитовые, комковатые, органогенные
	Диагенез	D₂−D₃	Оксиды Mn и Fe, гаусманит (?), гематит (?), магнетит (?), родохрозит, кальцит, кварц, сульфиды Fe, Mn, Cu, Zn, Pb; неотокит, смектиты, клинохлор, тальк, парсеттенсит (?), вулканомиктовый материал	Слоистые, пелитовые, линзовидные, пятнистые (псевдобрекчиевидные), конкреционные, сферолитовые, глобулярные, колломорфные, реликтово-органогенные	Оксиды марганца, браунит (?), гематит (?), кварц, кальцит, смектиты, вулканомиктовый материал	Слоистые, пелитовые, линзовидные, глобулярные, реликтово-органогенные
2	Метаморфизм погружения (ката-, метагенез)	D₃−C₁	Гаусманит, гематит, магнетит, кварц, родохрозит, кальцит, сульфиды Fe, Mn, Cu, Zn, Pb; тефроит, андрадит, гроссуляр, спессартин, эпидот, пумпеллиит-Mg, йогансенит, эгирин-авгит, актинолит, родонит, пироксмангит, кариопилит, манганпиросмалит, парсеттенсит, клинохлор, тальк и др.	Слоистые, пелитовые, линзовидные, пятнистые (псевдобрекчиевидные), конкреционные, сферолитовые, глобулярные, колломорфные, реликтово-органогенные, гранобластовые, сноповидные, фиброгранобластовые	Браунит,гематит, кварц, кальцит, андрадит, пьемонтит, родонит, эгирин, винчит, кариопилит, парсеттенсит, альбит, цельзиан и др.	Слоистые, пелитовые, линзовидные, реликтово-органогенные, гранобластовые, фиброгранобластовые
3	Гидротермально-метасоматический	C₂−P	Кварц, родохрозит, кальцит, родонит, пироксмангит, родонит, клинохлор, парсеттенсит, неотокит	Прожилково-сетчатые, крустификационные, текстуры метасоматического замещения	Кварц, кальцит, пьемонтит, родонит, парсеттенсит	Прожилково-сетчатые
4	Гипергенез	MZ−Q	Пиролюзит, вернадит, рансьеит, криптомелан, гётит, кварц, кальцит и др.	Сетчатые, ячеистые, коррозионные, ноздреватые, дендритовые, землистые	Вернадит, криптомелан, нсутит, тодорокит, кварц и др.	Сетчатые, ячеистые, коррозионные, ноздреватые, дендритовые

Примечание: ¹ – в том числе аморфные фазы, а также поликомпонентные включения вулканитов и смектитов. Обычным шрифтом показаны минералы, образующиеся на данном этапе развития месторождений; курсивом – унаследованные от предыдущих этапов, т.е. те, которые образуются ранее, но сохраняются устойчивыми в парагенезисах данного этапа. Аналогичным образом выделены текстуры и структуры

5. Гипергененные процессы (MZ–Q) нашли свое отражение в образовании ноздреватых корок, нитевидных прожилков и неправильных гнезд оксидов и гидроксидов марганца (вернадит, криптомелан и др.), замещающих родохрозит и силикаты. Мощность зоны окисления не превышает 20−50 м, в настоящее время основной ее объем выработан.

Исследования поддержаны РФФИ (08-05-00415-а) и ЮУрГУ.

Литература

1. Брусницын А. И., Жуков И. Г. Южно-Файзулинское марганцевое месторождение (Южный Урал): геологическое строение, петрография, процессы формирования // Литология и полезные ископаемые, 2005. Т. 40. № 1. С. 35–55.

2. Брусницын А. И., Жуков И. Г. Новые данные по минералогии марганцевых месторождений Южного Урала // Минералогия Урала–2007. Миасс–Екатеринбург: УрО РАН, 2007. С. 185–188.

3. Гаврилов А. А. Эксгаляционно-осадочное рудонакопление марганца (на примере Урала и Казахстана). М.: Недра, 1972. 216 с.

4. Жуков И. Г. Марганцевоносные отложения Восточно-Магнитогорской палеоостровной дуги (Ю.Урал) // Металлогения древних и современных океанов–96. Миасс: ИМин УрО РАН, 1996. С. 112–115.

5. Жуков И. Г. Генетические типы девонских марганценосных отложений Магнитогорской палеоостроводужной системы // Металлогения древних и современных океанов–2000. Открытие, оценка, освоение месторождений. Миасс: ИМин УрО РАН, 2000. С. 63–67.

6. Жуков И. Г., Мизенс Л. И., Сапельников В. П. О находке бентосной фауны на низкотемпературном палеогидротермальном поле Южно-Файзулинского марганцевого месторождения (Южный Урал) // Металлогения древних и современных океанов–98. Руды и генезис месторождений. Миасс: ИМин УрО РАН, 1998. С. 111–116.

7. Калинин В. В. Марганцевые и железо-марганцевые месторождения восточного склона Южного Урала // Марганцевые месторождения складчатых областей СССР. М.: Наука, 1978. С. 55–90.

8. Контарь Е. С., Савельева К. П., Сурганов А. В. и др. Марганцевые месторождения Урала. Екатеринбург, 1999. 120 с.

9. Кулешов В. Н., Брусницын А. И. Изотопный состав (δ¹³C, δ¹⁸O) и происхождение карбонатов из марганцевых месторождений Южного Урала // Литология и полезные ископаемые, 2005. № 4. С. 416–429.

10. Старикова Е. В., Брусницын А. И., Жуков И. Г. Палеогидротермальная постройка марганцевого месторождения Кызыл-Таш, Южный Урал: строение, состав, генезис СПб: Наука, 2004. 230 c.