В данной статье золотокварцевое рудообразование впервые представлено вне связи с магматизмом. Показаны источники температуры и давления, обеспечивающие существование гидротермального процесса. Высказано предположение, что самородки образовывались не только путём кристаллизации, но и при более высоких температурах, путём слияния расплавленных золотин.
Ключевые слова: складчатость, коллоидные растворы, тонкодисперсное золото, самородковое золото, остаточная вода, кварц, эффект Джоуля-Томсона.
The gold-quartz ore formation without connection to magmatism is presented for the first time in this article. Sources of temperature and pressure are showed, that support hydrothermal process existence. One hypothesize, gold nuggets were born not only by means of crystallization, but in more high temperature circumstances, by means of confluence melted fine-gold particles.
Keywords: Rugosity, Colloidal Solutions, Fine-Dispersed Gold, Gold Nuggets, Residual Water, Quartz, Joule-Thomson Effect.
Проблема образования рудных месторождений золота постоянно занимала внимание исследователей, но до настоящего времени полностью не решена. Геологические сведения в этом направлении замыкаются знаниями о гидротермальных процессах магматической природы, хотя прямой связи так называемых гидротермальных месторождений с магматизмом установлено не было. В многочисленных трудах сторонники этого единственного учения [1, 4, 11, 13, 19] безуспешно пытались найти достаточное количество доказательств, подтверждающих это направление. Более поздние исследователи, в частности, Умитбаев [16] пишет следующее: "Главный практический вывод из предпринятого исследования - не следует ограничивать поиски месторождений вулканогенно-плутоногенного рудно-формационного ряда ареалами развития вулкано-плутонических ассоциаций вулканогенных поясов. Это оруденение находится в районах, достаточно далеко отстоящих от современного края их вулканических покровов, и именно в перивулканических зонах областей активизации известны наиболее крупные в настоящее время рудные месторождения".
Подобные выводы имеются в работе [9]: "Золоторудные месторождения, связанные с углеродисто-терригенными (черносланцевыми) комплексами, обеспечивают около половины добываемого золота в России и значительную его долю в других странах мира. Вопрос о генезисе таких месторождений и о факторах, определяющих локализацию рудных тел, до сих пор остается дискуссионным. Многие из них располагаются в амагматичных зонах складчатых областей и не связаны с интрузивным магматизмом; другие располагаются в углеродисто-терригенных толщах, не претерпевших метаморфизм."
Основные противоречия во "взаимоотношениях золотокварцевых жил с региональным метаморфизмом и гранитоидным магматизмом" выразил в своей масштабной работе Горячев Н. А. [6]: "Как за, так и против этих воззрений существует достаточно много факторов: (а) несовпадение ареалов золото-кварцевых жил с полями и зонами регионального метаморфизма и преимущественно дислокационный и плутонический характер последнего; (б) несоответствие между степенью метаморфических преобразований осадочных горных пород в метаморфических куполах и интенсивностью сопутствующего оруденения; (в) обычная удалённость собственно золотокварцевых жил от массивов гранитоидов, но совпадение в пространстве их ареалов; (г) наличие додайковых и последайковых золотокварцевых жил; (д) существование золотокварцевых жил в небольших интрузивных телах гранодиорит-диоритового состава и постжильное положение большинства гранитных интрузий".
Как бы то ни было, но повсеместно имеет место привязка гидротермальных образований к магматической деятельности, глубинным её очагам.
В порядке дополнения к этому сложному дискуссионному вопросу автор объясняет возникновение золотокварцевых рудных месторождений из осадочных пород морского происхождения как результат пликативной тектоники. Процесс интенсивного смятия пластов для данного района подробно освещён Архиповым [2]. Шахтыров В. Г. [17] отмечает "большую роль сдвигов в специфике формирования тектонических структур и рудоносности подвижных областей".
Прежде всего, необходимо признать наличие в осадочных толщах тонкодисперсного золота и остаточной воды. Предположение об этом вполне допустимо, так как благородные металлы обнаружены в настоящее время в донных осадках Чукотского моря [3]. Тонкодисперсное золото находят в некоторых россыпях на Полярном Урале [18], Южной Якутии [20] и в Приамурье [8]. Об определяющей роли процесса осадконакопления, его последующих стадий диа- и катагенеза в черносланцевых толщах как своеобразного рудоподготовительного этапа в формировании золоторудных месторождений говорится и в работе [9].
До начала такой дислокации пласты представляли пористую влагонасыщенную массу. По мере увеличения их сжатия они постепенно превращались в своеобразное замкнутое с высоким внутренним давлением природное рудообразующее сооружение - складку, сложенную в нашем случае из алевролитов, аргиллитов и песчаников.
Возникавший при этом градиент давления в складках приводил к миграции остаточной воды как непосредственно через пористую среду, так и через согласные и несогласные дислокационные нарушения в ней. Сила трения при перемещении вмещающих пород приводила к выделению необходимого количества тепла для растворения в воде кварца. Из справочной литературы известно, что интенсивность данного процесса резко увеличивается в разы, а то и в десятки раз, особенно в условиях подщелачивания раствора, уже начиная с 300-400 ОС и давлений 1000-2000 атм. Подобное давление можно рассматривать как сумму литостатического и динамического при надвигах. Такой подход позволяет предполагать зарождение месторождений на меньших глубинах, чем это позволяет только одно литостатическое давление при давлении в метаморфических куполах.
Дополнительным источником тепла мог оказаться и эффект Джоуля-Томсона при прохождении различных газов, раствора и водяного пара через пористые осадочные породы. Величина воздействия при этом зависела бы от пористости породы, вида газа и его собственной температуры инверсии, а также местных температур и давлений. К примеру, для водорода, который может образовываться при диссоциации молекулы воды одновременно с гидроксилом ОН- , температура инверсии равна минус 70ОС, что при эффекте Джоуля-Томсона гарантированно приведёт к повышению температуры при указанных условиях.
Ионы ОН- являются материалом для щелочей, в частности NaOH, KOH, усиливающих растворение в воде кварца и активизируют разрыв силоксановых связей Si-O-Si [12].
Повышение температуры пластов выше 400 ОС может вовлечь другие газожидкостные компоненты, такие как воздух (Тинв=330ОС), азот (Тинв=348ОС), флюиды в этот эффект и вызовет положительную обратную связь, а также усилит диссоциацию воды и её растворительную способность для кварца. К сожалению, в литературе практически нет данных об исследованиях этого эффекта применительно к данному разделу геологии. Имеются исследования только прочностных характеристик сланцевых пород [14]. Такое предположение автор считает правомерным, поскольку данный эффект изучается и находит практическое применение в нефтегазовой отрасли.
Мигрируя в осадочных толщах, раствор захватывал тонкодисперсное золото, переводя его в состав коллоидов, и обогащался им по мере дальнейшего продвижения. Достигнув полостей межпластового отслаивания, коллоидное золото путём стяжения образовывало агрегаты тонкодисперсные, со временем увеличивавшиеся до размеров самородков [5].
В условиях складкообразования масштабы проявляемой кинетической и, следовательно, тепловой энергии достаточно велики, для того, чтобы в смещаемых зонах температура растворов поднялась выше температуры плавления золота. Поэтому можно высказать предположение об образовании самородков в гомогенизированной парожидкостной среде путём слияния микрокапель бывшего коллоидного раствора в самородки под действием сил поверхностного натяжения. В настоящее время [13] считается, что образование самородков происходит исключительно в перенасыщенных золотом растворах кварца с температурами в первые сотни градусов.
Далее, в песчаниках остаточная вода растворяла содержащиеся в них крупицы кварца. Полученный таким образом силикатный раствор заполнял одновременно с коллоидным золотом межпластовые полости, образовывая тем самым рудоносные кварцевые жилы.
На территориальную близость оруденения с интенсивной складчатостью в своих исследованиях указывал Рожков И. С. [11]. По его сведениям в Верхне-Индигирском районе "широко распространены месторождения в периклинальных частях брахиформных или килевидных антиклиналей или в межпластовых отслоениях".
На факты расположения россыпей непосредственно на складчатых структурах в своё время обращал внимание Трушков Ю. Н. [15]: "По осям брахиантиклиналей расположены россыпи ручьёв Рудный, Диринь-Юрях, Подобный, Встречный и Обрыв; вдоль антиклиналей - р. Б.Тарын; поперёк синклиналей - Сана и Чистый; поперёк брахиантиклиналей - Кокарин, Седой, Малютка и Пиль".
Более поздний исследователь металлогении района Давыденко [7] также полагает, что "... проявления золотокварцевой малосульфидной формации характерны для складчатых структур многогеосинклинального типа развития".
По имеющимся в распоряжении геологов картам района можно судить о том, что расстояния переноса рудоносных растворов в пределах складчатых структур определяются десятками-сотнями метров, что на порядок меньше размеров предполагаемых рудоподводящих гидротермальных каналов от гранитных интрузий до месторождений, измеряемых километрами. Пока же имеются следующие мнения.
"Фактические данные о Северо-Востоке Азии позволяют считать, что генезис золотокварцевой сульфидной формации связан с деятельностью газово-жидких растворов. Локализация рудных тел преимущественно на значительном удалении от контактов интрузии, возможно, обусловлена высокой миграционной способностью металлоносных флюидов, образующихся вследствие дифференциации магмы"[7 с.129].
В новейших работах [9] заключительный этап рудообразования представлен как освобождение гидротермальных растворов, находящихся длительное время в режиме гидротермостатирования при "аномально высоких" давлениях, из-под куполообразных структур, которые нарушались в результате "тектоно-магматических акций", образуя разрывы и трещины. Указываются литостатические давления порядка 4-9 кбар. Элементарный подсчет показывает, что это соответствует глубине 16-36 км, и прохождение слабонагретых гидротермальных растворов по разрывам и трещинам на такие расстояния мало осуществимо в условиях высокой теплопроводности вмещающих пород. Кроме того, экспериментальное установление существования рудоподводящих каналов на таких глубинах практически невозможно. Таким образом, в работе присутствуют и региональный купольный метаморфизм и магмотектоника.
В нашем случае гидротерма рождается и превращается в рудное тело почти "на месте", имея для этого все необходимые составляющие процесса - энергию надвига, остаточную воду, обогащённый золотом пласт осадочных пород с сопутствующими химическими элементами. Пликативный характер процесса обеспечивает замкнутость системы. Поэтому необходимость в рудоподводящих каналах от магматических структур отпадает. В этом и заключается существенное отличие данного вида гидротерм от других, описанных предшественниками. Подобное объяснение отчасти может разрешить противоречия, о которых речь шла в начале статьи.
Основываясь на представительном множестве приведённых примеров, можно допустить, что между коренными месторождениями и складчатостью существует не только пространственная, но и генетическая связь.
В порядке иллюстрации нового взгляда на рудообразование можно привести план и разрез месторождения Жданное, сохранившегося почти полностью [11 с. 122-123]
Рис. 1
Его рудное поле представлено брахиантиклинальной складкой площадью около 1 км2, сложенной пластами и пропластками аргиллитов, алевролитов и песчаников. Отчётливо виден и надвиг, и складка, едва затронутая эрозионным процессом. Главными рудными телами месторождения являются межпластовые кварцевые жилы, расположенные согласно со слоями песчаников. Приуроченность их к сводовой части антиклинальной складки должно служить доказательством в пользу нахождения коллоидов в зонах наибольшего напряжения.
Заключение
Толщи черносланцевых пород (аргиллиты и алевролиты) при определённом проценте насыщения их тонкозернистым или коллоидным золотом логично было бы считать некоей разновидностью руды с чрезвычайно низким содержанием полезного компонента.
Показан новый механизм образования золотокварцевых рудных тел за счет энергии надвига. В процессе формирования складок в осадочных породах создаются благоприятные физико-химические условия для образования золотокварцевых жил на основе гидротермального процесса. Данные гидротермы не имеют прямого отношения к магматизму и могут быть отнесены к новому типу.
Впервые в данном разделе геологии высказано предположение о необходимости рассмотрения роли и влияния эффекта Джоуля-Томсона на термодинамический баланс при образовании гидротерм в сложных геофизикохимических условиях. Для этого необходимо проведение экспериментальных работ с целью совершенствования теории данного вопроса. Примером может служить положение дел в научной сфере нефтегазовой отрасли.
Участие в рудообразовании динамического давления надвига, наряду с существующим литостатическим, позволяет объяснить существование близповерхностных месторождений на глубине 1,5 - 2 км от первоначальной поверхности (нижний мел) без учета эрозионного среза [10].
Самородки могут образовываться и в условиях высоких температур, обеспечивающих расплав золотин.
Принятие положения о новой природе коренных источников золота, на основе экспериментального его подтверждения, позволит, значительно сузить районы поисков золотокварцевых месторождений малосульфидной формации, приведёт к ускорению и экономии работ, а также позволит дать новые теоретические прогнозы.
Литература:
Апельцын Ф. Р. Формации малых интрузий и их отношение к золоторудным месторождениям в пределах главного золотоносного пояса Северо-Востока СССР. // Труды ВНИИ-Геология.- Магадан, 1954. - вып 32.
Архипов Ю. В, Волкодав И. Г., Камалетдинов В. А, Ян-жин-шин В. А. Надвиги западной части Верхояно-Черской складчатой области. // Геотектоника.- 1981. — № 2. — С. 81-98.
Астахов А. С. Благородные металлы в донных осадках Чукотского моря. // Геохимия 2010. - №12. - С. 129-130.
Билибин Ю. А. К вопросу о локализации месторождений золота. // Советская геология -1935 г.
Бураков А. М., Ермаков С. А., Блинов А. А. Формы золотоносности и перспективы извлечения металла из песков Куранахской погребённой россыпи.//Россыпи, источники, их генезис и перспективы. – Материалы конференции, посвящённой 90-летию со дня рождения И. С. Рожкова и Ю. Н. Трушкова. – Якутск: ЯНЦ СО РАН, 2000. – С. 196-201.
Горячев Н. А. Геология и происхождение мезозойских золотокварцевых жильных поясов Северо-Востока Азии: автореферат дисс. доктора геол.-мин. наук. - Магадан, 1999.
Давыденко Н. М. Металлогенические особенности главных типов золоторудных месторождений (по термобарогеохимическим данным). - Новосибирск : Наука, 1996. - 168 с.
Кузнецова И. В. Геология, тонкодисперсное и наноразмерное золото в минералах россыпей Нижнеселемджинского узла (Приамурье): автореферат дисс. канд. геол.-мин. наук. - Красноярск, 2011. - 21с.
Парада С. Г. Условия формирования и золотоносность черносланцевых комплексов Амуро-Охотской складчатой области: автореферат дисс. доктора геол.-мин. наук/ Рост. гос. ун-т. - Ростов-на-Дону, 2004. - 48 с.
Рожков И. С. Закономерности размещения россыпей и их коренных источников на территории Якутии. // Сб. Геология россыпей Якутии. - М. : Наука, 1964. - С. 20.
Рожков И. С. Позднемезозойский магматизм и золотое оруденение Верхне-Индигирского района. - М. : Наука, 1971. - 241 с.
Румянцев В. Н., Танеев И. Г. Пространственная химическая дифференциация как основной механизм эволюции кислотности-щелочности гидротермальных растворов // Кислотно-основные свойства химических элементов, минералов, горных пород и природных растворов. М.: Наука, 1982. - С. 137-141.
Самусиков В. П. Самородки золота - условия их образования (на примере месторождений Яно-Колымского пояса). // Записки Российского минералогического общества. - 2011, №4. - С. 38-55.
Ставрогин А. Н., Тарасов Б.Г. Экспериментальная физика и механика горных пород. - СПб. : Наука, 2001. - 332 с.
Трушков Ю. Н. Россыпи золота и их связь с коренными месторождениями в Якутии. // Сб. статей под ред. Ю. Н. Трушкова. - Якутск, 1972. - С. 97-101.
Умитбаев Р. Б. Охотско-Чаунская металлогеническая провинция (строение, рудоносность, аналоги). - М.: Наука, 1986.
Шахтыров В. Г. Сдвиговые структурные ансамбли и золотое оруденение Яно-Колымской складчатой системы: автореферат дисс. доктора геол.-мин. наук/ Иркут. гос. техн. ун-т. - Иркутск, 2010. - 50 с.
Шевчук С. С. Тонкодисперсное золото в сульфидных рудах. // Вестник института геологии Коми научного центра УрО РАН. - 2011 - т.201, №9. - С. 34-36.
Шило Н. А. Геологическое строение и коренные источники Яно-Колымского пояса россыпной золотоносности. Труды ВНИИ-Геология. - 1960. - вып.63.
Шпунт Б. Б. О распределении тонкодисперсного золота в аллювиальных россыпях Якутии. // Новости геологии. - Якутск. 1973. - вып3. - С. 102-104.