А. И. Голубев

Институт геологии КарНЦ РАН, г. Петрозаводск

 

 

Анализ разрезов докембрия Фенноскандинавского щита свидетельствует о том, что комплексы пород, содержащие свободный или связанный в карбонатных породах углерод, формировались в течение всей докембрийской геологической истории щита. Рассмотрим основные закономерности связи оруденения с углеродсодержащими комплексами осадочных пород, сформированных в различных геодинамических и палеофациальных условиях (рис.).

Лопийский тектоно-магматический цикл (3.15–2.5 млрд лет) характеризуется условиями формирования зеленокаменных поясов, для которых свойственны два типа седиментогенеза: вулканогенно-осадочный и терригенный. Характерной чертой вулканогенно-осадочного типа осадконакопления является связь объема и состава осадков с типом вулканизма. Вулканогенно-осадочные фации коматиит-базальтового вулканизма не превышают 5–10 % общего объема разрезов и представлены горизонтами высокомагнезиальных туфов и туффитов, углеродсодержащих сланцев с амфиболовой минеральной основой, хемогенных силицитов, железистых кварцитов, колчеданных руд, располагающихся, как правило, между лавовыми потоками.

Андезитовый и риолит-дацитовый вулканизм связан с вулканами центрального типа, которые характеризуются высоким эксплозивным индексом (50–70 %) и грубо-зональным распределением вулканических и вулканогенно-осадочных фаций вокруг эруптивных центров. Накопление вулканогенно-осадочных и вулкано-терригенных осадков происходило в депрессиях между вулканическими структурами и на их периферии. Они составляют 20–25 % объема комплексов и мощность их достигает 300–600 м. Для литологического состава характерны туффиты и тонкообломочные туфы андезитов и дацитов, хемогенные алюмокремнистые породы, углеродсодержащие сланцы, железистые кварциты, колчеданные руды, редко – карбонатные породы. Углеродсодержащие сланцы в составе вулканогенно-осадочных и терригенных фаций находятся на периферии вулканических построек. Их объем увеличивается и мощности горизонтов от десятков метров достигают 150–160 м (Хаутаваара). Содержание углерода колеблется от 0.3–0.5 % до 8–9 %.

Осадконакопление происходило в динамичной морской среде небольшой глубины с наличием подводных и островных вулканов, островов суши и углублений морского дна. Эта обстановка ближе обстановкам молодых окраинных морей и островных дуг. Высокая окисленность осадков, содержание гематита в них свидетельствует о наличии уже в верхнем архее свободного кислорода в морской среде. Наибольшие мощности углесодержащих пород вместе с сульфидами накапливались в депрессиях морского дна с восстановительными условиями и признаками биогенной сульфатредукции [5].

Карельский тектоно-магматический цикл (2.5–1.95 млрд лет) характеризовался условиями рифтогенного геотектонического режима и широким проявлением базитового, ультрабазитового магматизма, терригенным и хемогенно-терригенным седиментогенезом. Перспективные в металлогеническом отношении горизонты сульфидно-углеродистых пелитов и сульфидных руд карельских бассейнов формировались при участии коккоидных и нитевидных бактериальных матов. Циано-бактериальные маты действовали как экологические мембраны. Их результативность зависела от состава и температуры гидротерм, динамических режимов осадконакопления, параметров Eh и pH, концентрации H₂S, интенсивности света, концентрации и состава катионов в воде и т.д. Наибольшие объемы углеродсодержащих пород известны в Онежской структуре (шунгиты), а также в зоне Оутокумпу, Кайнуу, Куолоярвинской и Печенгской структурах, Северной Финляндии (месторождения Пахтавуома, Саттопора, Бидьевагге (Норвегия), мелких структурах Приладожья (Линнунваара) и Юго-восточной Финляндии [1–4, 6–9].

На месторождениях Оутокумпу и Вуонос, по [8], черные сланцы образуют слои и линзы мощностью до 200 м и переслаиваются (или расположены выше) с пачками кремнистых пород. Минеральная матрица черных сланцев представлена кварцем, биотитом, плагиоклазом, амфиболом, они являются хемогенно-терригенными алюмокремнистыми породами. Содержание углеродистого вещества в них варьирует от 0.5 до 12 %, характерно большое содержание сульфидов. Примечательной особенностью является положение сульфидных залежей месторождений Оутокумпу и Вуонос, где они приурочены к контакту кварцитов и углеродсодержащих сланцев, а вмещающими породами являются кварциты с телами ультрабазитов.

Далее к северу углеродсодержащие сланцы прослеживаются в зоне Кайнуу, затем в Центральной Лапландии и в Северной Норвегии, согласно простиранию рифтовых зон. Здесь известен ряд колчеданных месторождений: Пахтавуома, Саттопара, Рииконкоски, Сиркка, Бидьевагге (Норвегия). Вмещающим комплексом для руд являются черные углеродсодержащие породы, слюдистые сланцы, карбонатные породы, находящиеся среди комплекса базальтов и в небольшом объеме – кератофиров формации Кумпу-Ораниеми. Рудные тела в форме согласных пластов имеют медную и цинковую специализацию. Другие месторождения имеют сходную геологическую позицию.

Совершенно уникальной по объему накопленного свободного углерода является Онежская мульда, где этот элемент находится в шунгитовых породах и содержания его достигают 98 %. Прогнозные ресурсы здесь составляют более 1 млрд тонн. Шунгитовые породы содержат различную по составу и происхождению минеральную матрицу: туфы и туффиты основного состава, терригенные алевролиты, глинистые и хемогенные кремнистые породы. Кроме того, выделяются так называемые миграционные шунгиты, образованные при вторичном переотложении углерода в трещинах или полостях вмещающих пород.

Относительно происхождения углерода существуют две точки зрения: органическая и неорганическая. В последнее время разрабатывается концепция, в основе которой лежит представление о первоначальном накоплении сапропелевых илов, органическое вещество которых образовалось за счет жизнедеятельности сине-зеленых водорослей. После перекрытия этих осадков горизонтами лав основного состава в результате гравитационной неустойчивости развивались процессы диапиризма и формировались своеобразные купольные структуры шунгитовых пород [6]. Кроме того существует представление, что шунгиты – это продуктметаморфизма нефти.

Свекофенский тектономагматический цикл (1.95–1.65 млрд лет) мог происходить в условиях эпикратонной геосинклинали, характеризующихся разнообразным магматизмом, метаморфизмом, седиментогенезом. Выделяются два основных подвижных пояса, в которых сосредоточена основная масса колчеданных месторождений и углеродсодержащих осадочных комплексов [5].

Ладожско-Ботнический пояс по палеотектоническим условиям ближе к молодым островным дугам, прошедшим начальную рифтогенную подготовку. Здесь широко развиты вулканические продукты известково-щелочной серии, меньше – толеитовые базальты и породы терригенной филлитовой серии. Последняя в пределах рудного поля Шелефтео известна под названием серии Елваберг и залегает с размывом выше существенно вулканогенной серии Маурлиден. Слагающие ее углеродсодержащиефиллиты имеют небольшое (до 3–7 %) содержание углерода и представляют собой обогащенные углеродом глинистые сланцы, в переслаивании с которыми находятся граувакки, аркозы, известняки.

В пределах главного рудного поля Финляндии пачки углеродсодержащих сланцев встречаются в разрезах месторождений Виханти, Пюхясалми и др. Самая нижняя часть разреза свекофенид представлена ладожской флишоидной серией (или калевием) широко развитой в Сев. Приладожье и Южной и Юго-восточной Финляндии. В разрезе этой серии также встречаются пачки углеродсодержащих алевритов с сульфидами.

Южно-свекофенский пояс по палеотектоническим и палеогеографическим условиям можно сопоставить с окраинными морями умеренной глубинности с широко проявленным кислым вулканизмом и хемогенно-терригенным осадконакоплением. В разрезах здесь встречаются пачки осадков со свободным углеродом. В Центральной Швеции – это так называемая серия Грютхюттан; в Южной Финляндии – зона Тампере. В целом же, углерод в осадках связан с карбонатами. Это, по-видимому, обусловлено окислительными условиями осадконакопления открытого бассейна, наличием свободного кислорода и высокой активностью СО₂.

Свекофенские подвижные пояса являются наиболее продуктивными в отношении оруденения. Месторождения свекофенид связаны с вулканогенно-осадочными фациями кислого и среднего вулканизма, часто в тесной ассоциации с джеспилитами. К ним относятся медно-цинково-колчеданные месторождения рудного поля Шелефтео, “Главного рудного пояса” Финляндии и колчеданно-полиметаллические месторождения Центральной Швеции и Южной Финляндии.

Для колчеданных руд лопийского, карельского и свекофеннского циклов устанавливается достаточно устойчивая ассоциация: колчеданная руда – терригенно-хемогенные алюмокремнистые породы – углеродсодержащие сланцы (примеры: Хаутаваара, Оутокумпу, Неслиден). 3десь углеродсодержащие породы выступают как индикаторы геохимических обстановок рудоотложения. Основная масса руд отлагается на границе сред, где окислительная обстановка сменяется восстановительной. Высокие сорбционные свойства углеродсодержащих сланцев приводят к тому, что последние всегда обогащены целым комплексом химических элементов. Источниками металлов и серы колчеданных месторождений были вулканические и поствулканические процессы. Устанавливается различие в геохимической (и рудной) специализации углеродистых сланцев в зависимости от вулканического комплекса, с которым они ассоциируют. Примером может быть Хаутаваарская структура, где горизонты углеродсодержащих туффитов, базальтов и коматиитов, обогащенных сульфидами, имеют более высокие (до 0.5–0.6 %) содержания меди и цинка, никеля, платиноидов по сравнению с черными сланцами, связанными с дацит-андезитовыми комплексами.

Ассоциация хемогенные кремнистые породы – углеродсодержащие сланцы – колчеданные руды характерна и для месторождений карельского цикла. Это месторождения Оутокумпу, Вуонос, Пахтавуома, в которых рудоносная ассоциация тесно связана с рифтовым базальтовым вулканизмом, а руды существенно медные или цинково-медные (кипрский тип).

В Онежской структуре имело место мощное углеродонакопление в условиях резко восстановительной среды. Углеродом насыщены туфоалевролиты базальтового состава, глинистые сланцы, кремнистые породы (лидиты), что свидетельствует об отсутствии резких смен окислительных и восстановительных обстановок. Этим, возможно, объясняется отсутствие мощных стратиформных сульфидных руд. Сульфиды отлагались в виде пиритовых конкреций и слоев “пирититов” мощностью до 5–7 м, иногда кобальтоносных.

Роль углеродсодержащих сланцев в наложенных метасоматических процессах при тектоно-метасоматической активизации, прежде всего, важна для концентрирования благородных металлов. В Финляндии и Карелии проявления золота в архейских зеленокаменных поясах связаны с наложенными процессами и проявляются в различных геологических обстановках. Часто они выявляются в зонах колчеданных месторождений или в вулканогенно-осадочных фациях, обогащенных сульфидами, составной частью которых являются углеродсодержащие сланцы. Примером может быть Хаутаваарская структура. Здесь в черных сланцах Хаутаваарского месторождения устанавливаются точки минерализации с содержанием Au до 5.5 г/т.

В пределах развития шунгитсодержащих комплексов выявлены экономически важные месторождения комплексных уран-медь-молибден-ванадиевых руд с благороднометалльной специализацией. Оруденение связано с зонами свекофеннской и рифейской активизации – так называемыми складчато-разрывными дислокациями (СРД), сопровождающимися щелочно-карбонатным метасоматизмом. Рудные тела локализованы в пачке шунгитоносных сланцев и алевритов заонежской свиты у контакта с подстилающими доломитами туломозерской свиты. Характерными особенностями руд являются их сложный состав и промышленная концентрация рудных элементов. Рудообразующие процессы, связанные с региональным метаморфизмом, привели к метаморфической регенерации первичных вулканогенно-осадочных руд и формированию метаморфогенно-гидротермальных месторождений, более сложных по минеральному составу.

Литература

1. Ахмедов А. М. Бассейны черносланцевой седиментации раннего протерозоя Балтийского щита (этапы развития, режимы седиментации, мметаллоносность). Автореф. дисс. … д. г.-м. н. С-Петербург, 1997. 39 с.

2. Ахмедов А. М., Луокола-Рускеениеми. Металлоносные черные сланцы рифтогенных бассейнов раннего протерозоя Балтийского щита: сравнительный анализ на примере зон Кайнуу (Финляндия) и Печенга (Россия) // Экспресс-информация АО “Геоинформмарк”. М., 1994. Вып. 11–12. С. 1–14.

3. Голубев А. И., Ахмедов А. М., Галдобина Л. П. Геохимия черносланцевых комплексов нижнего протерозоя Карелия-Кольского региона. Л.: Наука, 1984. 192 с.

4. Геология шунгитоносных вулканогенно-осадочных образований протерозоя Карелии. Петрозаводск, 1982. 208 с.

5. Рыбаков С. И. Колчеданное рудообразование в раннем докембрии Балтийского щита. Л.: Наука, 1987. 266 с.

6. Филиппов М. М. Шунгитоносные породы Онежской структуры. Петрозаводск, 2002. 280 с.

7. Филиппов М. М., Голубев А. И. Медведев П. М. и др. Органическое вещество шунгитоносных пород Карелии (генезис, эволюция, методы изучения). Петрозаводск, 1994. 208 с.

8. Peltola E. Origin of Precambrian copper sulphides of the Outokumpu, distict Finland // Econom. Geol., 1978, vol. 73, N 4. P. 478–485.

9. Loukola-Ryskeeniemi K. Geochemistry of Proterozoie metamorphoseв black shales in eastern Finland, with implications for exploration and environmental studies: Academic Dissertation, University of Helsinki/ Publication of the Geol. Survey of Finland, 1992. 86 p.