Статья: Геология и условия накопления углеродистых отложений Сиратурского рудного поля

Институт геологии

Уфимский федеральный исследовательский центр РАН

Геология и условия накопления углеродистых отложений Сиратурского рудного поля

А.В. Сначёв, кандидат геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией

Аннотация

В статье кратко рассмотрено геологическое строение Си- ратурского рудного поля, расположенного на восточном склоне Южного Урала в зоне сочленения Башкирского мегантиклинория с Магнитогорским мегасинклинорием. Особое внимание уделено описанию широко развитых здесь углеродистых сланцев кураганской свиты. Углеродистые и углеродисто-хлорит-квар- цевые сланцы имеют площадное распространение и образуют самостоятельные пачки и горизонты, переслаивающиеся с ортопородами, карбонатно-кремнистыми, слюдисто-кварцевыми и хлорит (гранат)-слюдисто-кварцевыми сланцами.

По результатам микроскопического изучения они имеют гранобластовую структуру и массивную, реже пятнистую текстуру. Породообразующим в них является кварц (до 90%), второстепенные минералы представлены кальцитом, слюдами и гранатом (до 15%). Сульфиды образуют тонко-, мелкозернистые агрегаты, развитые в виде субсогласных прожилков. Углеродистое вещество (до 2%), представлено прожилковидными и чешуйчатыми выделениями, а также тонкой пылевидной вкрапленностью в зернах кварца. Изотопный состав углерода 613C к PDB укладывается в интервал (-24.84) - (-27.28), что указывает на его биогенную природу.

Углеродистые сланцы кураганской свиты претерпели метаморфизм в условиях высокотемпературной субфации зеленосланцевой фации. Показано, что они относятся к низкоуглеродистому типу и попадают в поля терригенно-углеродистой и карбонатно-углеродистой формаций, что в совокупности с наличием карбонатов в разрезе говорит о формировании их в мелководной и прибрежно-мелководной области осадочного бассейна. Терригенный материал в процессе осадконакопления рассматриваемых отложений претерпел минимальный перенос, а его источником служили породы преимущественно основного и среднего состава, образованные предположительно в островодужной и коллизионной обстановках.

Ключевые слова: Сиратурское рудное поле, условия осадконакопления, углеродистые отложения, палеогеография

Annotation

A.V. Snachev

GEOLOGY AND ACCUMULATION CONDITIONS OF CARBONACEOUS SHALE OF THE SIRATUR ORE FIELD

The article considers briefly the geological structure of the Sir- atur ore field located on the eastern slope of the South Urals in the junction zone between the Bashkir Meganticlinorium and the Magnitogorsk Megasynclinorium. Particular attention is paid to the description of the carbonaceous shale developed widely in the Kuragan Formation. Carbonaceous and carbon-chlorite-quartz shales have the areal distribution and form independent units and horizons.

According to the results of microscopic analysis, they have a granoblastic structure and massive or less frequent spotty texture. Their predominant component is quartz (90%), while minor minerals are represented by calcite, micas and garnet (15%). Sulfides form fine-grained aggregates developed in the form of sub-concordant veinlets. Carbonaceous matter (2%) is represented by vein-like and flake-like segregations as well as fine dust-like inclusions in quartz grains. The 613C isotope ratio of PDB varies in the range from (-24.84) to (-27.28) indicating its biogenic nature.

The carbonaceous shales of the Kuragan Formation underwent metamorphism under the conditions of high-temperature subfacies of the greenschist facies. As is shown, they belong to the low carbon type and fall into the fields of carbonaceous terrigenous and carbonate rocks. Alongside the presence of carbonates in the section, this fact indicates their formation in the shallow and coastal areas of the sedimentary basin. The terrigenous material underwent minimum transfer in the process of sedimentation of the deposits in question, and its source was mainly basic and intermediate rocks formed presumably in island-arc and collisional environments.

Key words: Siratur ore field, sedimentation conditions, carbonaceous shale, paleogeography

Геологическое строение

В ходе поисковых работ на коренное золото, проведенных сотрудниками ОАО «Башкир- геология», было установлено, что на территории Сиратурского рудного поля (рис. 1) наибольшее распространение имеют углеродистые, углеродисто-хлорит-кварцевые и хлорит-кварцевые сланцы, прорванные небольшими телами гранитного состава бал- букского комплекса (yP1b) [1].

С востока отложения кураганской свиты граничат с Нуралинским ультрамафитовым массивом. Непосредственно в зоне контакта с серпентинитами в них наблюдается полоса тектонически и гидротермально проработанных пород шириной от 100 до 200 м. Здесь расположена серия золоторудных объектов золото-сульфидного штокверкового типа (Сиратурское, Фельдшерское, Кузьма-Де- мьяновское, Камышакское и др.), пространственно ассоциирующих с углеродистыми сланцами, что и определило повышенный интерес к изучению данных отложений [2].

Район работ расположен на восточном склоне Южного Урала в зоне сочленения Башкирского мегантиклинория c северным замыканием Магнитогорской мегазоны. Геологическое строение территории сложное и дискуссионное, породы здесь интенсивно смяты и представляют серию тектонических пластин шириной первые километры, протягивающиеся на 30 километров в северо-восточном направлении (рис. 1).

Рис. 1. Схема геологического строения Нуралин- ского массива и его обрамления (составлена по материалам Б.Н. Аулова [1] с упрощениями автора)

Условные обозначения: 1 - вулканогенно-осадочные отложения Западно-Магнитогорской зоны, 2 - базальты поляковской свиты, 3 - углеродистые сланцы и метавулканиты кураганской свиты, 4 - песчаники и кварциты зильмердакской свиты, 5 - углеродистые сланцы зигазино-комаровской свиты, 6-8 - Нуралинский офиолитовый комплекс: 6 - перидотиты, 7 - габбро, 8 - серпентинитовый меланж. Пунктирной линией показан контур Сиратурской площади

Вулканогенно-осадочные отложения Си- ратурского рудного поля сильно метаморфизованы и достаточно условно отнесены к ку- раганской свите (O1-2kr). Впервые она была выделена А.В. Ждановым при проведении ГДП-200 на соседней с юга Учалинской площади (N-40-XVIII). Ранее эти отложения относились к комплексам Уралтауского ме- гантиклинория, позже были переведены в зону Главного Уральского разлома [1].

Углеродистые и углеродисто-хлорит- кварцевые сланцы имеют площадное распространение и образуют самостоятельные пачки и горизонты, переслаивающиеся с ортопородами, карбонатно-кремнистыми, слюдисто-кварцевыми и хлорит (гранат)-слю- дисто-кварцевыми сланцами.

Методика исследований

Описание шлифов пород кураганской свита проводилось на поляризационно-оптическом микроскопе AxioObserver с цифровой видеокамерой AxioCam HRc (1300x1030) в ЦКП «Спектр» (Институт физики молекул и кристаллов УФИЦ РАН, г. Уфа). Термогравиметрический анализ выполнен на дериватографе Q-1500 (Венгрия) (аналитик Т.И. Черникова, Институт геологии УФИЦ РАН, г. Уфа). Нагрев осуществлялся на воздухе от 20 до 1000 °С со скоростью 10 °С/мин. Изотопный состав углерода изучался с использованием масс-спектрометра Delta V Advantage, сопряженного с элементным анализатором Flash ЕА в ЦКП «Геонаука» (аналитик И.В. Смоле- ва, Институт геологии Коми НЦ Уро РАН, г. Сыктывкар). Точность определения изотопного состава углерода равна ±0.15%о. Силикатный анализ 80 проб выполнен в химической лаборатории Института геологии УФИЦ РАН (г. Уфа, аналитик С.А. Ягудина).

Обсуждение результатов исследования

По результатам микроскопического изучения углеродистые сланцы кураганской свиты имеют преимущественно гранобластовую структуру и массивную, реже пятнистую текстуру. Породообразующим в них является кварц (до 90%), представленный разнозернистыми агрегатами, состоящими из зубчатых зерен, размером 0.03-2 мм. Мусковит и хлорит (до 15%) встречаются в виде тонких чешуек и сростков, расположенных субпараллельно и ориентированных по сланцеватости породы. Идиоморфные зерна граната (до 5%) размером от 0.1 до 0.4 мм содержат включения мелкозернистого кварца. Кальцит образует тонкозернистые агрегаты, состоящие преимущественно из идиоморфных кристаллов размером 0.01-0.04 мм (рис. 2).

Рис. 2. Микроскопическое строение карбонатноуглеродистых сланцев кураганской свиты

Образцы: а - CT-33-102, б - CT-33-53

Сульфиды, представленные главным образом пиритом и пирротином, составляют обычно 5% (реже до 10%) объема пород. Они образуют тонко-, мелкозернистые агрегаты, развитые в виде субсогласных сланцеватости и реликтовой слоистости тонких прожилков (рис. 3).

Рис. 3 Пирит-пирротиновая вкрапленная минерализация в углеродистых сланцах Сиратурского рудного поля

Примечание: образец СТ-58-87, а - в проходящем, б - отраженном свете

Углеродистое вещество преимущественно развито в виде крупных прожилковидных и чешуйчатых выделений (до 40%) между агрегатами кварца и кальцита, ориентированных параллельно полосчатости и рассланце- ванию (рис. 3 а), а также тонкой пылевидной вкрапленности в зернах кварца (до 5%).

Известно, что содержания Сорг в типичных черносланцевых отложениях составляют от 1% и более. В них выделяются три группы пород [3]: низкоуглеродистые - 1-3 %, углеродистые - 3-10 %, высокоуглеродистые - > 10 % Сорг. В углеродсодержащих отложениях Южного Урала отчетливо распознаются два типа углеродистого вещества: седиментационно-диагенетический, присущий недеформированным, слабометаморфи- зованным осадочным толщам и метаморфо- генный, свойственный углеродистым отложениям, подвергнутым интенсивному метаморфизму [4].

Углеродистые породы представляют собой благоприятный объект для определения степени прогрессивного регионального метаморфизма. Это связано с тем, что углерод реагирует на метаморфические преобразования лишь изменением агрегатного и структурного состояния. Температура экзотермического эффекта, соответствующая началу выгорания графита, скачкообразно изменяется по мере усиления метаморфизма примерно на 100°С в породах каждой последующей фации и предполагается, что процесс графитизации необратим [5; 6].

Для анализа отбирались образцы наименее измененных углеродистых отложений за пределами зон интрузивных экзоконтактов и интенсивной тектонической переработки, что позволило исключить их влияние на породы и реконструировать степень именно регионального метаморфизма. Результаты анализа 44 образцов сланцев Сиратурской площади показывают, что среднее содержание Сорг в них составляет 2.0% (максимум 4%), это позволяет относить их к углеродистому типу. Практически во всех пробах отмечаются пики разложения сульфидов (450-480°С), а также следы хлорита и карбонатов. Максимальная температура экзотермического эффекта углерода укладывается в интервал 650-715°С (температура метаморфизма 550620 °С), что соответствует высокотемпературной субфации зеленосланцевой фации [5].

Изотопный состав углерода S13C по сравнению со стандартом PDB укладывается в интервал (-24.84) - (-27.28), что указывает на его биогенную природу. Положительная корреляция изотопного состава углерода к общему его содержанию в породе свидетельствует о специфичности условий накопления осадка, появлении сероводорода в его поровых водах, что приводит к возрастанию эффективности сохранения исходного органического вещества за счет осернения [7; 8].

Углеродистые отложения представляют собой весьма информативные породы для реконструкции палеогеографических и физико-химических условий их накопления. Невысокий уровень преобразования (зеленосланцевая фация регионального метаморфизма) пород кураганской свиты не мог внести изменения в их химический состав (таблица).

Т А Б Л И Ц А - Химический состав (мас. %) углеродсодержащих отложений