О генезисе Жезказганского месторождения



В работе рассматривается гипотеза о полигенном происхождении месторождения, а также новые гипотезы вадозно-гидротермального, полигенного, гидрогенного генезиса руд. Особое внимание уделено новому генетическому подходу, основанному на температурных рудообразованиях. Предположение о гипотезе полигенного происхождения является наиболее вероятной, так как особенностями месторождения являются пластообразность, полигенность, температура образования. Месторождения данного класса находятся на площадях развития осадочных толщ, где отсутствуют массивы изверженных пород, которые могли бы служить источником гидротермальных минерализованных растворов.

Ключевые слова: Жезказганское месторождение, медистые песчаники, генетические гипотезы — осадочная, гидротермальная, магматогенная.

Жезказганское месторождение является классическим объектом формации медистых песчаников. А. М. Лурье классифицирует его к стратиформным и к подводно дельтовой фации [1]. Главными рудными минералами являются: халькозин, борнит, халькопирит, галенит, сфалерит. В группу второстепенных минералов входят: пирит, марказит, ковеллин, блеклые руды, самородное серебро, в группу редких минералов — бетехтинит, домейкит, штромейерит, жезказганит, пирротин, саффлорит, кобальтин и другие.

Основные рудные компоненты месторождения: Cu, Pb, Zn. Доля Pb в общих запасах руд Жезказгана составляет — 10,1 %, а доля Zn — 5,5 %, остальные 84,4 % приходятся на долю Cu [2].

Главные сопутствующие компоненты, имеющие промышленное значение: Ag, Re, Os, Cd, S; второстепенные — Co, Ni, Mo, Sn, Bi, As, Sb, Te, Se, Ga, In, Tl, Ge. Ps, Pt, Hg [3].

Четко выраженная многоярусность и стратиформность оруденения, обусловленная приуроченностью к пластам серых песчаников и конгломератов рудоносной толщи, которые чередуются с красноцветными песчаниками и алевролитами, характерна для вскрытых разрезов практически всех рудников.

В рудоносной толще таблица [3] выделяются 10 горизонтов, включающих суммарно 44 слоя. В разрезе рудоносной толщи на площади месторождения установлена 22 пласта серых полимиктовых песчаников, 19 из которых являются рудоносными и включают 27 рудных залежей, мощности которых варьируют от 1–2 до 58,3 м.

По минералогическим особенностям все рудные залежи можно отнести к четырем группам. Залежи нижней группы (горизонты № 1 и № 2) имеют либо изометричную, либо лентовидную форму с ориентированием в северо-западном направлении. В залежах сосредоточена основная масса халькозиновых и галенитовых руд. Залежи средней группы (горизонты № 3, № 4 и № 5) являются лентообразными, вытянутыми в северо-западном направлении, очень богатыми. Они включают полный набор рудных минералов, как — халькозин, борнит, галенит. Залежи горизонтов № 6 и № 7 образуют промежуточную группу. Они имеют плащеобразную форму, вытянутую в субширотном направлении. Главный рудный минерал — борнит. Верхнюю группу составляют залежи горизонтов № 8 и № 9. Они резко отличаются как по морфологии рудных тел, так и по минералогическому составу. Самой верхней на месторождении является небольшая залежь свинцовых руд, установленная на участке Акчий-Спасский [3].

Таблица

Разрез Жезказганской рудоносной толщи ираспределение суммарных запасов металлов по горизонтам изалежам [3]

Свита	Подсвита	Номер горизонта	Мощность горизонта, м		Номер рудной залежи	Относительные величины запасов металлов,%
			всего	вт.ч.пластов серых песчаников		По залежам	По горизонтам
							всего	Cu	Pb	Zn
Жезказганская (385 м)	Верхняя (220м)	10	60	12	10-	0,1	0,1	0,2	0,2	0
		9	66	33	9-IV 9-III 9-II 9-I	2,6 13,1 5,3 8,4	29,4	22,2	0,2	0
		8	41	18	8-II 8-I	2,4 6,1	8,5	10,7	1,7	0,2
		7	62	30	7-III 7-II 7-I	0,8 1,0 3,4	5,2	5,9	2,7	1,4
	Средняя (198 м)	6	57	25	6-III 6-II 6-I	2,7 5,2 7,4	15,3	16,2	13,8	10,2
		5	60	29	5-III 5-II 5-I	0,2 2,8 7,4	10,4	11,8	22,0	11,4
		4	39	11	4-II 4-I	0,7 4,1	4,8	5,4	12,4	12,8
Таскудукская (257 м)		3	42	29	3-III 3-II 3-I	1,1 4,6 1,9	7,6	9,4	10,8	11,4
	Нижняя (215 м)	2	79	59	2-V 2-IV 2-III 2-II 2-I	12,7 2,9 0,3 1,4 0,6	17,9	17,8	34,7	40,0
		1	136	68	1-II	0,2	0,2	0,4	0,3	0,2
Серпуховский ярус, Белеутинский горизонт					S-I, II	0,6	0,6	0	1,2	12,4
Итого						100,0	100,0	100,0	100,0	100,0

Жезказган относится к гидротермально-осадочным (стратиформным) месторождениям. К этой группе принадлежат месторождения, имеющие, возможно, гидротермально-осадочное происхождение, но названные нейтральным термином — стратиформные — вследствие невыясненности их генезиса [4].

Модель образования сульфидных руд Жезказганского месторождения медистых песчаников представлена на рисунке 1. Рудообразование происходило на контакте восходящих сульфатно-хлоридных минерализованных вод, переносивших медь и сопутствующие компоненты (молибден, рений, серебро, свинец и цинк) по проницаемым горизонтам песчаников, и сероводородсодержащих вод [1].

Формации аллювиально-дельтово-лагунных и прибрежно-морских осадков орогенных тектонических структур; типичные представители — пестроцветные аргиллито-алеврито-песчаные отложения средне-, верхнекаменноугольного и раннеперсмского возраста Джезказганской впадины в структуре герцинид Центрального Казахстана, к которым приурочено месторождение. Меденосные песчаники представляют собой смешанные образования, в которых обломочные кварц-силикатные и глинистые частицы сцементированы аутигенными сульфидами меди: халькозином, ковеллином, борнитом, халькопиритом и др., иногда с самородной медью; в зоне гипергенеза по ним развиваются карбонаты меди — малахит и азурит.

Рис. 1. Схема формирования Жезказганского месторождения [1]: 1 — красноцветные аргиллиты, алевролиты; 2 — красноцветные песчаники, конгломераты; 3 — сероцветные песчаники, конгломераты; 4 — рассеянная вкрапленность сульфидов меди; 5 — рассеянная вкрапленность пирита; 6 — серые аргиллиты, алевролиты; 7 — известняки; 8 — рудные залежи; 9 — направление движения меденосных растворов; 10 — пути миграции углеводородов; 11 — уровни последовательного смещения зоны взаимодействия окислительной и восстановительной обстановок, соответствующие периодам устойчивого гидродинамического режима напорных вод; 12 — стратиграфические границы (а — достоверные, б — предполагаемые). Р1gd — нижепермские отложения (жиделисайская свита); C2–3dg — продуктивная (джезказганская) толща среднего-верхнего карбона; С1n — нижнекарбоновые отложения (намюрский ярус).

Возраст месторождений — С3-Р1, а платформенная стадия в Казахстане наступила в триасе. Следовательно, месторождение относится к геосинклинальным областям, к их завершающей стадии развития.

Часть геологов рассматривают месторождение как первично-осадочное сингенетическое, перетерпевшее некоторые изменения на последующих стадиях. Существуют также представление и о гидротермальном эпигенетическом формировании месторождений и связи их с залегающими на глубине и не вскрытыми эрозией массивами изверженных горных пород [5].

Большинство геологов, производивших детальное изучение месторождения и руководивших разведочными работами — И. С. Яговкин, К. И. Сатпаев, В. И. Штифанов, Т. А. Сатпаева, Ш. Е. Есенов, Н. Н. Нуралин и др., — пришли к выводу о гидротермальном происхождении руд месторождений Жезказган. Наиболее полно и последовательно представления о гидротермальном генезисе руд изложены в работах К. И. Сатпаева [6].

С конца 40-х–начала 50-х годов Г. Г. Гудалин, В. М. Попов, Л. Ф. Наркелюн, И. П. Дружинин и другие начали активно развивать гипотезу о первично-осадочном генезисе руд Жезказгана. Основанием для таких представлений послужили некоторые особенности месторождения — пластообразная форма рудных тел, приуроченность оруденения исключительно к сероцветным песчаником, отсутствие на месторождении изверженных пород. Гипотеза сингенетично-осадочного происхождения руд имеет ряд вариантов. Кроме того, в последние годы стали появляться новые гипотезы [5], авторы которых приводят в соответствие наблюдаемую эпигенетичность руд с представлениями об экзогенном источнике рудного вещества. Таковы гипотезы вадозно-гидротермального, полигенного, гидрогенного [9] генезиса руд.

Проведенные исследования М. К. Сатпаевой свидетельствуют о том что, на месторождении характерны громадные концентрации сульфидов меди, свинца, цинка и других металлов на ограниченной площади. Образование такого гиганта за счет переотложения и концентрации рудных компонентов из окружающих горных пород, содержащих металлы в ничтожных, кларковых количествах, практически невозможно [5]. Такое же мнение имеет академик Н. М. Страхов, «кларковые содержания этих металлов слишком низки, а в седиментационном процессе не существует механизма, который смог бы собирать эти ничтожные дольки рудных компонентов, отделять их от разбавляющего терригенного безрудного материала и превращать их в рудные накопления. Тем более, что процессы противоположного смысла — смешения и понижения концентраций рудных элементов — весьма развиты и мощны» [7].

Ю. С. Парилов в статье «Роль сульфидных растворов-расплавов в формировании руд месторождений цветных металлов (к проблеме «Рудных магм»)» [8], на основании изучения флюидных включений приходит к выводу, что в формировании руд месторождения Жезказган принимали участие рудные магмы. Растворы-расплавы во включениях сплошных сульфидных руд установлены на крупных и уникальных месторождениях Казахстана, среди них и Жезказган. Полученные результаты, по геотермометрии образования руд месторождения, свидетельствуют о том что температуры образования руд высокие — 650–4500С [8].

В работе [8] выделены 15 геологических и минералогических признаков месторождений и руд, сформированных при участии сульфидных растворов-расплавов. Основными из них — три, касающиеся месторождении Жезказган:

1. В структурно-геологическом отношении месторождения располагаются на участках интенсивного дислоцирования пород и тектонических зон глубинного заложения.

Жезказганское рудное поле расположено в герцинской орогенной молассовой впадине, приурочено непосредственно к месту пересечения трех региональных разломов глубокого заложения и к узлу сочленения трех крупных складчатых структур — антиклиналей и синклиналей, оси которых сходятся в районе месторождения. Строение месторождения осложнено вторичной складчатостью — куполами, депрессиями, флексурообразными перегибами пластов. Породы испытали сильнейшие стрессовые напряжения. В местах максимальной трещиноватости пород происходило вторжение рудных масс, которые дополнительно деформировали породы [8].

2. Рудоотложению предшествовали тектонические подвижки, метаморфизм и интенсивный гидротермальный метасоматоз вмещающих пород.

На Жезказгане гидротермальные изменения пород развиты крайне слабо — окварцевание, карбонатизация, хлоритизация, альбитизация, и баритизация. Окварцевание было более поздним, оно наложено на сформировавшиеся руды. Породы джезказганской толщи представляли аллювиально-озерные отложения, которые образовались в условиях сухого аридного климата, и первоначально имели монотонную красную окраску. Серая окраска рудовмещающих песчаников обусловлена, наиболее вероятно, преобразованием первичных красноцветов волной предрудных газогидротермальных флюидов. Алевролиты были водонепроницаемы и сохранили свою первоначальную красную окраску [8].

3. Размещение рудных тел контролируется складчатыми и разрывными структурами. Они локализованы во внутриформационных зонах дробления и рассланцевания, в сбросах, взбросах, в зонах межслоевых деформаций и объемного брекчирования, представляют пластообразные залежи, линзы, жилы и столбы, серии параллельных жил, разделенных безрудными прослоями [8].

Представление о высокотемпературном образовании руд Жезказгана впервые высказала Т. А. Сатпаева на основании структур распада твердых растворов (решетчатых, эмульсионных, графических), а также присутствия таких высокотемпературных минералов как арсенопирит, смальтин, никелистый кобальтин, саффлорит. Дополнительно описан целый ряд высокотемпературных метастабильных фаз медных минералов: железистый (оранжевый) борнит, медистый (розовый) борнит, борнито-дигенит (серо-голубой халькозин) и др. Все они представляют распавшиеся твердые растворы халькозин-борнит-дигенитового ряда. Среди минералов группы халькопирита установлены две разновидности: кубический халькопирит (путоранит) и минеральную фазу с частично упорядоченной структурой, которые ранее были встречены только в медно-никелевых месторождениях. Температура их образования не ниже 550–6000С [8].

Для Жезказгана массивные руды локализованы в трещинах, межпластовых зонах дробления (жилы) и в горизонтах песчаников. Стратиформные рудные тела представляют не пласты, как это часто трактуется, а лентовидные рудные залежи, ориентированные вдоль осевых зон антиклинальных складок второго порядка. По мнению М. К. Сатпаевой [8], они представляют своеобразные рудные силы — аналоги пластообразных интрузивных тел. При внедрении сульфидный расплав обладает высокой механической и химической активностью. Он дробит рудовмещающие песчаники, перемешивается с ними, частично ассимилирует их, переводит их в пластическое состояние. Рудные тела, возникшие при инъекции сульфидных расплавов, состоят из сплошных и густо вкрапленных руд, имеют резкие контакты, следы отрыва и дробления боковых пород, несут угловатые и деформированные обломки окружающих пород. При заполнении купольных структур отмечается течение как сплошной сульфидной, так и песчано-сульфидной массы.

В целом рудные тела по форме подобны интрузивным, часто не сопровождаются ореолом вкрапленного оруденения, имеют четкие припаянные контакты с вмещающими породами[8].

По мнению В. А. Ермолова и других [4] наиболее предпочтительна гипотеза о полигенном происхождении описываемого месторождения в течение длительного периода. В пользу этой гипотезы, по их мнению, говорит то, что месторождения данного класса находятся на площадях развития осадочных толщ, где отсутствуют массивы изверженных пород, которые могли бы служить источником гидротермальных минерализованных растворов. В основу последней гипотезы положены данные о длительном развитии многих стратиформных месторождений, несущих черты как сингенетического осадочного, так и эпигенного образования. Они предполагают, что формирование начинается с накопления сингенетических вулканогенно-осадочных руд, прошедших стадию диагенеза. После того, как залежи были перекрыты более молодыми осадками, рудообразование шло за счет деятельности подземных горячих минерализованных вод, при воздействии которых происходила перегруппировка минеральной массы и создавалось эпигенетическое оруденение.

Месторождение имеет большие перспективы на глубину. В образованиях раннего — среднего карбона подсечено медно — свинцово — цинковое оруденение уйтасского типа, в разрезе позднего девона — раннего карбона выделен крупный гравитационный максимум, интерпретируемый как возможное скопление железо — марганцевых руд и полиметаллических руд жездинского и жайремского промышленно-генетических типов.

В Казахстане в настоящее время главное промышленное значение в балансе запасов и добычи меди принадлежит стратиформным месторождениям медистых песчаников региона Жезказган, на долю которых приходится 51,0 % общих разведанных запасов. Ведущее положение занимают также медно-порфировые (26,5 %) и медноколчеданные (14,5 %) месторождения. Второстепенную роль играют жильные кварц-сульфидные (6,8 %) и скарновые (1,1 %) месторождения.

Литература:

1. Старостин В. И., Игнатов П. А. Геология полезных ископаемых. МГУ, 2006.
2. Асанов М. А., Есенов Ш. Е. и др. некоторые особенности распределениясвинца и цинка в разрезе Жезказганской рудоносной толщи. — Известия АН КазССР, 1973. № 6.
3. Ефименко С. А., Портнов В. С. Ядерно-геофизические технологии опробования медных и полиметаллических руд месторождений Казахстана. — Караганда 2010.
4. Ермолов В. А.и др. Месторождения полезных ископаемых. — М., 2004.
5. Сатпаева М. К.. Руды жезказгана и условия их формирования. — Алма-Ата: Наука, 1985.
6. Сатпаев К. И. Основные результаты комплексного геологического изучения и вопросы генезиса Джезказгана. Геология рудных месторождений, 1962, № 3.
7. Страхов Н. М. Основы теории литогенеза. М., 1962
8. Парилов Ю. С. «Роль сульфидных растворов-расплавов в формировании руд месторождений цветных металлов (к проблеме «Рудных магм»)». «Смирновский сборник — 2012». ГУП Академиздатцентр «Наука» РАН, М., 2012. Стр 133–166.
9. Сейфуллин С. Ш., Нуралин Н. Н. Геолого-структурные условия формирования месторождения Жезказгана.- Алма-Ата, 1964.