Блог

Брусницын А.И., Жуков И.Г., Старикова Е.В.
Формирование марганцевых месторождений Южного Урала как многоэтапный геологический процесс

Среди вулканогенных и вулканогенно-осадочных толщ различного возраста широко распространены стратиформные марганцевые залежи, которые подавляющим большинством исследователей относены к гидротермально-осадочному генетическому типу. Условия и механизмы формирования подобных объектов нами исследованы на примере девонских месторождений Магнитогорского палеовулканического пояса на Южном Урале. Анализ полученных в последние годы данных позволяет реконструировать несколько последовательных этапов становления изученных месторождений. 1. Седиментация рудоносных отложений (D2–D3). По механизму накопления рудного вещества марганцевые месторождения делятся на две главные группы: 1) рудоносные постройки, сформировавшиеся в зоне разгрузки придонных гидротермальных источников (пригидротермальные отложения); 2) рудоносные залежи, накопившиеся на удалении от приустьевых зон гидротермальных источников (дистальные отложения). Для месторождений первой группы (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). 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 этого рудные залежи приобретали линзовидно-полосчатое строение с очень неоднородными составом. Месторождения второй группы (Ниязгуловское-2, Габдиновское, Аюсазовское, Кусимовское, Северо-Файзулинское и др.) очень 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 очень 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. По всей видимости, 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, в основном, не активностью локально развитых гидротерм, а гидрохимическим режимом обширного водоема. Подобная обстановка способствовала образованию однородных по составу и строению металлоносных отложений. 2. Диагенез рудоносных отложений (D2–D3). Седиментация марганца, скорее всего, происходила 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 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, отчетливые признаки замещения родохрозитом оксидных минералов. Участие в образовании карбонатов органического вещества (в том числе метана) подтверждается данными по изотопии углерода родохрозита и кальцита месторождений Южно-Файзулинское и Кызыл-Таш (13С: от –51.4 до –10.8‰, PDB) [Кулешов, 2005]. Кроме того на Южно-Файзулинском месторождении найдены реликты пригидротермальной макрофауны со следами прижизненного бактериального обрастания [Жуков, 1999]. Обогащенные органическим веществом отложения характерны для пригидротермальных построек. Дистальные рудоносные осадки характеризовались низким содержанием биогенного материала или даже его отсутствием. Поэтому карбонаты для них нетипичны, 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 5–8 км) сопровождалось постепенным увеличением их температуры и давления вплоть до значений Т ≈ 250°С, Р ≈ 2.5 кбар. В этих условиях в рудоносных залежах образовывались многочисленные силикаты марганца. 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 же вулканокластики замещались эпидотом, пьемонтитом, минералами группы пумпеллиита, парсеттенситом, широцулитом, титанитом, гематитом и др. Помимо химического состава породы, формирование конкретных минеральных ассоциаций контролировалось и другими факторами. Так, в условиях низких температур протекание химических реакций сдерживается кинетическими ограничениями. Благодаря последним многие процессы остаются незавершенными, и в породе сохраняется множество реликтов протолита, по которым и удается воспроизвести всю цепочку фазовых трансформаций. Большое значение имели также локальные вариации содержаний элементов-примесей в минералах и концентраций углекислоты в поровом флюиде. В результате взаимодействия всех этих факторов породы приобрели очень пестрый и неоднородный оксидно-карбонатно-силикатный состав. 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. минералы. 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 деформации 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 и некоторые другие прожилки. В оксидо-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 в обоих вариантах 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 каких-либо ингредиентов 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. 4. Гипергененные процессы (MZ–Q) нашли свое отражение в образовании ноздреватых корок, нитевидных прожилков и неправильных гнезд оксидов и гидроксидов марганца (манганит, вернадит, криптомелан и др.), замещающих силикатно-карбонатные марганцевые руды. Мощность зоны окисления не превышает 20–50 м, в настоящее время основной ее объем выработан. Исследования поддержаны РФФИ (проект 04-05-64333), грантом Минобразования РФ и АФГИР (программа BRHE № Y1-G-15-03) и Минобразования № 01.1204ф.

Литература

1. Жуков И. Г., Леонова Л. В. Бентосная фауна из придонной гидротермальной постройки Файзулинского низкотемпературного палеогидротермального поля (Южный Урал) // Металлогения древних и современных океанов-99. Рудоносность гидротермальных систем. Миасс: ИМин УрО РАН, 1999. С. 74–79.

2. Кулешов В. Н., Брусницын А. И. Изотопный состав (*13С, *18О) и происхождение карбонатов марганца из месторождений Южного Урала // Литология и полезные ископаемые, 2005. № 4.