Scientific journal

Advances in current natural sciences

ISSN 1681-7494

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,775

Арктические острова представляют собой выступы континентальной земной коры над поверхностью морей. К ним относится и архипелаг Шпицберген, расположенный в северо-западном обрамлении Баренцева моря. Одним из открытых нами в 1990 г. на севере центральной части острова Западный Шпицберген (рис. 1) является рудопроявление меди и серебра «Сигурд» [1]. Оно располагается на южном склоне горы Сигурдфьеллет, имеет превышение над уровнем моря от 400 до 900 м и является наиболее крупным по площади из всех обнаруженных на архипелаге.

В результате последующих геологоразведочных работ ресурсы металлов, оцененные в совокупности по нескольким близлежащим рудным объектам этого района, дают основание говорить о наличии здесь промышленно значимого месторождения [4].

Рудный участок приурочен к субмеридиональной зоне разломов Брейбоген, обрамляющей западный фланг крупной грабенообразной структуры того же простирания. В свою очередь формирование грабена обусловлено каледонскими тектоническими событиями, в ходе которых образовавшаяся рифтоподобная структура была заполнена конгломератами, песчаниками, алевролитами и маломощными карбонатными отложениями. Работы по геологическому картированию этого участка острова Западный Шпицберген позволили обнаружить еще несколько небольших рудопроявлений сульфидов меди, свинца, барита, флюорита, горного хрусталя, что позволило выделить здесь металлогеническую зону с рядом рудных полей в пределах терригенных отложений девонского возраста и обрамляющих грабен пород кристаллического фундамента [11].

На западном фланге рудопроявления «Сигурд» располагаются верхнепротерозойские кристаллические сланцы и мраморы, а центральная и восточная части сложены терригенным комплексом нижнедевонских песчаников и алевролитов с прослоями карбонатного состава (рис. 2). Контакт между протерозойскими и девонскими отложениями тектонический, фрагментарно карбонатизирован и дислоцирован с образованием брекчий.

Важно отметить, что рудная минерализация проявлена в основном в тектонических трещинах, разрывающих существенно карбонатные прослои в девонских песчаниках, при этом рудное вещество распространяется также и по напластованию карбонатных пород, что говорит о том, что карбонатные прослои служили геохимическими барьерами для разгрузки рудных гидротерм.

Магматическая активность на ближайшем удалении от рудных тел проявилась в четвертичное время в виде трубок взрыва и даек щелочного оливинового базальта, слагающих вершину горы Сигурдфьеллет. Геологических оснований по влиянию четвертичного вулканизма на формирование рудного вещества не наблюдается.

Рудопроявление «Сигурд» представлено серией жил, выполняющих трещины в терригенных девонских отложениях и состоящие из сульфидов меди и свинца: блеклой руды, халькопирита, галенита в ассоциации с баритовой минерализацией. Главными жильными минералами являются кальцит, кварц, доломит, магнезит. Жилы выполняют трещинные рудоконтролирующие пространства, как правило, оперяющие главное – субмеридиональное направление зоны разломов Брейбоген. Поскольку рудовмещающие разломы рассекают нижнедевонские толщи, то очевидно, что рудообразование произошло уже в постраннедевонское время. Однако по находкам сульфидных оруденений в докембрийских метаморфических породах архипелага Б. Флуд в 1969 г. [9] предположил додевонский этап минералообразования в подобных жилах, вызванный каледонской тектонической активизацией.

Анализируя изотопный состав серы из сульфидов, Т.В. Сигалстад и соавторы [2] установили, что включения сероводорода в сульфидах рудопроявлений на горе Сигурдфьеллет острова Западный Шпицберген и острова Медвежий имеют одинаково низкие значения содержаний изотопа серы 34, такие же, как в эвапоритах пермского возраста. Более ранняя публикация А. Елле, в 1962 г. содержит предположение о третичном возрасте рудопроявлений на западном побережье Шпицбергена [5]. Определения изотопных соотношений свинца из образцов галенита из нашей коллекции дали позднетриасовый возраст – (210 + 10) млн лет [1]. Учитывая существенные погрешности этого метода, которые допустимы при определении абсолютного возраста, можно лишь утверждать, что датировка подтверждает постраннедевонский период рудообразования на горе Сигурдфьеллет, уже в собственно посткаледонское время. Вероятным тектоно-магматическим событием, с которым могли быть парагенетически связаны заключительные фазы гидротермальной активности, – это внедрение на Шпицбергене даек щёлочно-ультраосновных пород в D3-C1 время.

Таким образом, возраст сульфидного жильного оруденения на архипелаге оценивается в довольно широком диапазоне, начиная от раннерифейского [4] и завершая началом позднего палеозоя. Однако, возраст рудопроявления «Сигурд», исходя из геологического взаимоотношения с вмещающими породами ограничивается девонским временем, а данные по геологии всей зоны девонского грабена Шпицбергена указывают в качестве временного интервала рудообразования средне-позднедевонское время.

Корреляционные связи между макро- и микрокомпонентами рудного вещества отражают схемы изоморфизма в кристаллических решетках рудных минералов, их парагенетические ассоциации, а также тенденции вторичных изменений. Корреляционный анализ был выполнен на группе из 53 образцов рудного вещества, а также вмещающих пород и околорудных метасоматических изменений. Его результаты приведены на схеме классификации положительных корреляционных связей (рис. 3).

Наиболее сильные связи между элементами показаны более жирными линиями. По этому признаку отчетливо выделяется шестиэлементная ассоциация: Cu, As, Ag, Sb, Zn и Pb. Её образование связано с распространенностью здесь главного рудного минерала меди – теннантита, крайнего мышьякового члена изоморфного ряда тетраэдрит-теннантит. Теннантит представляет собой сульфосоль меди – Cu12As4S13 с примесями Sb, Bi, Fe, Zn, Ag, Hg, Co, Pb. Исследования взаимоотношений рудных минералов в аншлифах показали, что теннантит выделялся в ассоциации с халькопиритом (CuFeS2), пиритом (FeS2), галенитом (PbS) и сфалеритом (ZnS) на самой ранней стадии минералообразования. Отсюда установились устойчивые корреляционные связи между перечисленными элементами. Именно эти минералы выполняют основную рудную массу проявления, формируют первичный гипогенный минеральный комплекс.

Прочие ассоциации элементов связаны с главной рудогенной слабыми и умеренными положительными корреляционными связями и устойчивыми внутри каждой группы элементов. К ним можно отнести ассоциацию: Ba, Sr, Zr, Cr, Pb, характерную для баритовых жил (BaSO4) и сопутствующей минерализации, в том числе серебросодержащего галенита, целестина (SrSO4). Цирконий и хром изоморфно замещают катионы этих минералов. Баритовые и кальцитовые жилы с галенитом, как правило, располагаются в верхней части вертикального разреза рудопроявления, что вполне согласуется с общей закономерностью геохимической зональности в гидротермальных месторождениях полиметаллов.

В целом здесь надо обратить внимание на две важные особенности. Во-первых, это слабая связь Cu и Pb, что характерно для всех проявлений в зоне девонского грабена. Это может говорить о существовании двух или более стадий рудообразования, в которых эти элементы играли резко различную роль. Во-вторых, это слабая связь Cu и Ba, что является важным указанием на то, что баритовые проявления сформированы в отрыве от серебро-медных, вероятно позже и вместе с флюоритовыми. Это также может быть косвенным указанием о наличии разных источников вещества для рудных и нерудных проявлений.

Третья ассоциация образует группу из четырех элементов, в основе которой прочная связь между Ni и Co, а также Bi и Cu, связана с концентрацией халькозина (Cu2S), замещаемого ковеллином (CuS). Изоморфные примесные элементы в халькозине: Ag, Co, Ni, As и Au. Эта ассоциация занимает самый нижний уровень в вертикальной зональности гидротермального минералообразования, установленной В. Эммонсом и С.С. Смирновым [8].

Четвертая ассоциация представлена положительными связями между содержаниями: Zn, Ge, Cu и Sn. Германий присуствует в большинстве силикатных минералов и как изоморфная примесь содержится в сфалерите в некоторых случаях до 1000 г/т. Существуют сульфиды олова SnS и SnS2 и природное соединение с медью и цинком в виде сульфида меди, цинка и олова, минерала кестерит – Cu2ZnSnS4. Представляется, что эта ассоциация элементов является родственной к первой – теннантитовой, но связана со сфалеритовым парагенезисом халькопирита.

Из структурных взаимоотношений рудных минералов в аншлифах из различных участков рудопроявления, а также с учетом установленных положительных корреляционных связей между минералообразующими элементами, намечается следующая последовательность кристаллизации главных рудных минералов: первыми кристаллизовались блеклые руды в ассоциации с халькопиритом, сфалеритом и галенитом, во вторую стадию формировались существенно борнитовые руды с подчиненным количеством пирита, халькопирита и халькозина и на третьем этапе минералообразования формировались халькозиновые, халькозин-ковеллиновые руды вторичного сульфидного обогащения, где халькозин замещается ковеллином; четвертый этап не имеет строгой временной привязки относительно первых трех, так как в разных частях проявления, особенно вблизи с мраморами рифейского возраста образуют жилы, выполненные баритом, и в меньшей степени целестином и кальцитом, рассекающие жильно-вкрапленные руды всех трех первых стадий минералообразования. Пятым и заключительным этапом минералообразования являются процессы зоны окисления, выражающиеся в нарастаниях на рудах азурита – Cu3(CO3)2(OH)2 и малахита Cu2CO3(OH)2, соответственно, оба вторичных минерала меди не образуют самостоятельного комплекса корреляционных связей между рудными элементами. В зоне окисления также присутствует лимонит (Fe2O3 х nH2O), который развивается по пириту и халькопириту.

Наибольшим коэффициентом концентрации в рудопроявлении характеризуется серебро Кк = 218. Максимальные его содержания, оцененные методом полуколичественного спектрального анализа, составили 500 и 617 г/т, а методом атомно-эмиссионной спектроскопии – 450,6 г/т. Отмечается постоянная сильная корреляционная связь серебра и меди во всех геохимических группах ассоциаций. Самое большое количество серебра обнаружено в бурноните (PbCuSbS3) – 3920 г/т, меньше в галените (PbS) – 1940 г/т, а в блеклых рудах (Cu12(AsSb)4S13), борните (Cu5FeS4)и халькозине Cu2S) от 488 до 1900 г/т. Средние содержания серебра и меди были рассчитаны по данным аналитических работ разных лет и с учетом разных видов анализов, спектрального полуколичественного и атомно-эмиссионного. Средняя концентрация Ag = 124,9 г/т, Cu = 2,87 %.

По ряду признаков рудопроявление «Сигурд» было отнесено [11] к колчеданно-полиметаллическому геолого-промышленному типу.

Типичными его представителями являются месторождения в Рудном Алтае и Казахстане: Орловское, Иртышское, Майкан и другие.

Как отмечалось выше, В. Эммонс [6] связывал зоны минералообразования с температурным режимом и впоследствии подвергся критике со стороны С.С. Смирнова, который выделял специализированные на руды интрузивные образования [8]. На примере ряда месторождений была установлена следующая последовательность концентраций элементов в ореолах от надрудной до подрудной частей: Sb – As – Ba – Ag – Pb – Zn – Cu – Bi – Sn – Co – Ni.

Разрез сложен тремя блоками пород, разделенными разломами. Южный представляет собой кристаллические сланцы и мраморы фундамента, пронизанные рудосодержащими жилами. Он отделен от центрального блока зоной разломов Брейбоген, ориентированный по азимуту 330 ° СЗ. Центральный блок сложен песчаниками, алевролитами и карбонатными прослоями свиты Кап-Кьелдсен нижнего девона. С карбонатными прослоями и участками брекчирования связаны основные проявления рудного вещества. Третий – северный блок является частью также терригенных и карбонатных отложений нижнего девона, включающие периферийный по отношению к рудопроявлению комплекс мелких рудосодержащих жил небольшой, в первые сантиметры, мощности.

Результаты спектрального полуколичественного анализа разных лет исследований, а также рентгено-флюоресцентный в количестве 270 образцов показали хорошую степень сходимости, что позволило их использовать для построения трендовых поверхностей распределения главных и второстепенных рудных элементов в плоскости разреза, ориентированного в направлении 20 °СВ, субвертикально. Последующее сопоставление положений аномальных содержаний анализируемых элементов дало обобщающую схему, которая представлена на рис. 4.

В полученном геохимическом разрезе на рис. 4 выделяется общая крупная зона меденосности, располагающаяся в нижней части южного – докембрийского и центрального – девонского блоков, обозначенная синим цветом, она является ядром более крупной аномальной зоны содержаний меди, серебра, мышьяка. Подстилающая серебряно-медную аномалию зона обогащена хромом, что связано с приуроченностью проявления к зоне глубинного разлома. Обогащение хромом отмечается как в породах фундамента, так и в девонских породах, что свидетельствует о глубинном источнике рудного вещества, которое поставлялось в зону оруденения вдоль этого разлома и последующего распределения по трещинным дислокациям оперяющих Брейбогенский разлом, ориентированным по азимуту 50–70 °СВ.

Наличие аномалии хрома может быть обусловлено также в целом повышенным содержанием хрома во всей терригенной толще красноцветов, где в тяжелой фракции присутствуют хромсодержащие минералы: хромшпинелиды, хромдиопсид, а также оливин-продукт разрушения ультраосновных пород, обнаруженных нами в виде маломощных даек на южном продолжении зоны разломов Брейбоген в Экманфьорде [7]. Аномалия содержаний хрома зафиксирована в ходе выполнения более ранних геологосъемочных работ в зоне глубинного разлома на восточном фланге девонского грабена, вблизи рудника Пирамида, в долине Мимердаллен, где выходят на поверхность отложения верхнего девона. Они содержат повышенные концентрации минералов тяжелой фракции ультраосновного парагенезиса. Кроме того, нельзя исключать наложенный характер хромовой аномалии, вызванный постмагматическими процессами перераспределения микроэлементов из вулканитов четвертичного возраста.

Особую позицию занимают аномалии содержаний висмута, кобальта и никеля в основании рудной зоны северного блока рудопроявления. Она обозначена на схеме серым цветом, как отмечено выше, эта ассоциация элементов обусловлена существенно халькозиновым типом минерализации и, в меньшей степени, халькопиритом, пиритом и теннантитом.

Наряду с хромом, аномалии никеля и кобальта характерны для подрудных частей разрезов любых медных гидротермальных месторождений. Здесь, в северном блоке, эти аномалии могут быть обусловлены относительно большим удалением от зоны глубинного разлома, так как они ориентированы субвертикально и субпараллельно зоне разломов Брейбоген.

Выше по разрезу расположены аномалии содержаний цинка, отчетливо приуроченные к зоне глубинного разлома, концентрации которого обусловлены проявлениями сфалерита (ZnS). На этом же уровне, ближе к контакту с протерозойскими мраморами локализованы аномалии распределения стронция и сурьмы. Первый обусловлен целестиновой (SrSO4) минерализацией, которая ассоциирует с баритом (BaSO4), а второй обусловлен изоморфной примесью Sb в арсенопирите (FeAsS), замещающей мышьяк.

На севере участка выделяется зона обогащения германием, который в качестве изоморфной примеси входит в структуру сфалерита. Эта зона расположена на том же стратиграфическом уровне, что и аномалии цинка в центральном и южном блоках.

В целом распределение геохимической зональности по вертикали отвечает установленным ранее на известных в мире месторождениях гидротермального генезиса, наблюдается изменчивость составов руд по латерали, по мере удаленности от главного рудопроводящего глубинного разлома Брейбоген, северный блок отличается по составу аномалий от центрального и южного блоков по типичной подрудной ассоциации: висмут, кобальт и никель.

В истории тектонических событий района рудопроявления происходили неоднократные перемещения отдельных блоков по вертикали с образованием зон брекчирования, участков взаимного пересечения рудных жил. Поэтому северный блок вполне мог испытывать относительное поднятие так, что зона халькозиновой минерализации из нижнего уровня была приподнята вместе с блоком вмещающих песчаников девона на уровень главной рудной зоны центрального блока. Вторая, и возможно более вероятная, причина концентрации висмута, кобальта и никеля в северном блоке нижнедевонских отложений свиты Кап-Кьелдсен связана с процессом пропиллитизации, в ходе которого Ni и Co входят в состав первой стадии образования пирита, выделения которого на позднем этапе имеют ксеноморфный характер и в меньшей степени содержат примесные элементы.

Обнаруженная латеральная геохимическая зональность рудопроявления дает основание утверждать, что главный разлом Брейбоген, по которому контактируют протерозойские мраморы и девонские песчаники (350 °СЗ) является рудоподводящим, а оперяющие, с простираниями в северовосточных румбах, – рудовмещающими.

Южный и центральный блоки характеризуются ореолами распространения весьма сходных рудных элементов: Ag – Pb – Zn – Cu, при этом верхняя часть разреза обогащена минералами свинца, бария и мышьяка.

Одной из наиболее дискуссионных в гидротермальном рудообразовании является проблема источника рудных элементов. Ранее [1] мы считали, что источником меди и серебра, а также свинца, цинка и других элементов являлись вмещающие терригенные толщи девонского возраста с проявлением медной минерализации типа медистых песчаников. Однако более поздние работы [4, 11] свидетельствуют о вероятности докембрийских источников рудных элементов, которые широко проявлены в точках минерализации метаморфических пород кристаллического фундамента.

Для решения этой задачи были привлечены данные опробования и результатов химических анализов первичного рудного вещества рудопроявления «Сигурд», представленного в основном блеклой рудой и халькопиритом. Второстепенными рудными минералами являются: галенит, сфалерит, барит, ассоциирующие с кальцитом и кварцем. Вторичные минералы широко представлены малахитом и азуритом, как показано на рис. 4. В качестве потенциальных источников рудного вещества были привлечены данные химического и микроэлементного составов красно- и сероцветных песчаников и алевролитов нижнего девона, рудоносные мраморы метаморфических пород свиты Коллербреен рифейского возраста, рудопроявления полиметаллов в других районах архипелага.

По результатам анализов содержаний основных и сопутствующих рудных элементов в упомянутых выше породах: Ag, Cu, As, Sr, Ba, Ti, Cr, Co, Ni, Mo, Sn, Pb, Zn – были подсчитаны их средние количества и выполнен корреляционный анализ между составами потенциальных источников рудного вещества и составом руды проявления Сигурд. Результат помещен в таблицу.

Из таблицы следует, что максимальная величина коэффициента корреляции между составом рудного вещества рудопроявления «Сигурд» равна 0,90 с составом мрамора протерозойского возраста, обогащенным рудными минералами. Вторым по степени снижения корреляции с рудой является известняк из прослоев в свите Кап-Кьелдсен нижнего девона. Здесь отмечается также высокая степень корреляции – 0,80, что не позволяет исключать терригенную толщу девонского возраста из числа источников рудного вещества. Девонские конгломераты и песчаник зеленого цвета коррелируются по составу с рудным веществом в меньшей степени – 0,66 и 0,69, чем карбонатные прослои, к которым и приурочено оруденение.

Необходимо отметить, что в процессе корреляционного анализа главное влияние на результат оказывают не абсолютные значения содержаний элементов, а их величины соотношений. Особо следует отметить концентрации Sr, Ba и Ti, возрастающие в перечисленном порядке во всех изученных породах. Высокие содержания титана обусловлены такими минералами, как рутил, анатаз, сфен и лейкоксен, присутствующие в тяжелой фракции даже в карбонатных протерозойских и девонских толщах. Sr и Ba входят в состав минералов, выполняющих трещины и пронизывающих также все отложения, кальцит-баритовые с целестином жилы.

Минимальные коэффициенты корреляции между составами мрамора протерозойского возраста и девонскими конгломератами и зелеными песчаниками, что говорит о том, что при их формировании происходило не только и не столько за счет разрушения близлежащих рифейских метаморфитов.

Осложняющими реконструкцию истории становления рудопроявления «Сигурд» являются факторы, влияние которых необходимо учитывать:

1 – вероятный процесс многостадийности рудоотложения и 2 – влияние на динамику миграции рудного вещества геохимических особенностей каждого из рассматриваемых элементов.

На основании вышеизложенного можно сделать вывод о преимущественном сходстве геохимических ассоциаций рудного вещества проявления «Сигурд» с близлежащими мраморами верхнего протерозоя, как первого вероятного источника рудного вещества и второго, обусловленного карбонат-содержащими прослоями в нижнедевонских отложениях. Циркуляция рудоносных растворов по глубинной зоне разломов Брейбоген происходила многоактно и завершилась, вероятно, на рубеже девона и карбона, в период тектоно-магматической активизации на архипелаге, выраженной образованием полей даек щёлочно-ультраосновного состава и D3-C1 возраста.