Глава III. Основной рудный район центральной части Присаянского краевого
прогиба... 105
III-1. Краткая история исследований... 105
Ш-2. Геологическое строение как предпосылка генерации марганцерудных месторождений... 109
Ш-3. Структурно-тектоническое строение района и особенности
магматизма... 113
Ш-4. Геологическое строение и некоторые геохимические особенности
рудных горизонтов... 116
Глава IV. Генезис марганцевых месторождений и некоторые закономерности
рудообразования... 146
Заключение... 158
Список рисунков... 160
Список таблиц... 163
Библиографический список... 164
Введение
Введение
1. Актуальность темы
Марганцевые месторождения и рудопроявления, связанные с рифейскими толщами Присаянского прогиба, привлекли внимание исследователей еще с середины 50-х годов прошлого века. Со времени открытия первых рудопроявлений на площади распространения потенциально рудоносных рифейских толщ были проведены многочисленные работы, преследовавшие самые разнообразные цели и задачи: от съемочных, поисковых и разведочных до анализа генезиса, строения и состава рудоносных толщ на основе детальных петрографических, спектральных и рентгеноструктурных исследований.
Но в целом, оценка рудоносных толщ рифея с позиций геодинамического и формационного анализа, причем не отдельных рудных месторождений и рудопроявлений, а всего прогиба, как рудогенерирующей структуры для определения закономерностей и масштабности рудообразования, не проводилась.
В последние годы появились палеотектонические реконструкции и на их основе, новые схемы тектонического районирования (Е.Н. Алтухов, Н.Л. Добрецов, А.Н. Иванов). Реконструированы геодинамические обстановки формирования структур Центральной Азии (Л.П. Зоненшайн, М.И. Кузьмин, Е.В. Скляров и др.). Получены детальные фаунистические характеристики разрезов рифея Центральной Азии (Du Rulin, T.A. Дольник). Все это позволило с новых теоретических позиций осмыслить как ранее известный, так и новый фактический материал, что обусловило актуальность темы и ее практическую значимость.
2. Цель работы
Определение взаимосвязи и взаимообусловленности основных факторов геодинамического режима:
- структурного положения Присаянского прогиба, начало формирования которого
на пассивной окраине Палеоазиатского океана связано с распадом суперконтинента Родиния и дальнейшими геологическими закономерностями его развития;
- тектоническими особенностями, характером магматизма и литолого-фациальными обстановками времени накопления с формированием определенных
4
генетических типов месторождений марганца, масштабом и характером орудене-ния, составом марганцевых руд.
3. Основные задачи исследований
1. Установление роли геодинамического режима как главного фактора формирования месторождений марганца докембрийской эпохи рудонакопления на территории Присаянского прогиба.
2. Определение характера и степени влияния тектонического строения, роли разломной тектоники, особенностей и состава магматических образований на ли-толого-фациальную обстановку рудонакопления, его масштабы и особенности формирования марганценосных залежей.
3. Анализ источников поступления соединений марганца с условным разделением лито генного и эксгаляционного компонентов. Определение по составу и последовательности формирования марганцевых соединений генетических особенностей месторождений и рудопроявлений марганца.
4. Фактический материал и методика исследований Диссертация выполнена на кафедрах динамической геологии и геологической съемки, поисков и разведки полезных ископаемых Иркутского государственного технического университета.
В основу работы положены материалы, собранные автором во время полевых исследований в период с 1998 по 2001 гг. в составе Присаянской партии государственного унитарного геологического предприятия «Иркутскгеология», проводившей ГДП-200 в центральной части Присаянского прогиба. Автор принимал участие в картировании территории, документации обнажений, горных выработок, в том числе двенадцати буровых скважин, различных видах опробований, обработке полевых материалов и результатов анализов, описании шлифов, составлении карты четвертичных отложений и других камеральных работах. Помимо этого, автор участвовал в фундаментальных исследованиях кафедры динамической геологии по теме «Комплексные геологические исследования юга Сибири и сопредельных территорий».
Также в работе использованы данные химических и спектральных анализов центральной химической лаборатории предприятия «Иркутскгеология», материалы
5
и наработки исследователей разных лет других организаций и большой литературный материал.
Для решения поставленных задач был использован комплекс геологических, геохимических и геохронологических методов. Методика работ включает анализ и обобщение проведенных ранее исследований и данных по геодинамической реконструкции положения марганцерудных поясов в структуре Центральной Азии. Реконструкция выполнена с позиций тектоники плит на основе анализа структурно-тектонического положения, состава и строения рудовмещающих толщ, характера, состава и возраста магматических образований, внутреннего строения марганце-носных формаций.
В ходе работ автором были описаны разрезы двенадцати колонковых скважин и обобщены материалы по многочисленным ранее описанным сводным разрезам, на основании чего составлены литолого-палеогеографические карты для времени образования рудоносной тагульской свиты.
Для изучения состава и геохимических особенностей тагульской свиты и рудных горизонтов использованы результаты силикатных химических анализов (247 штук) и полуколичественных спектральных анализов (116 штук) с подсчетом и анализом характера распределения марганцевого модуля по вертикали и латерали рудных пластов, и некоторыми закономерностями распределения малых элементов по основным месторождениям и рудопроявлениям Уватской группы. Для обработки данных по распределению и корреляции рудных и сопутствующих им элементов использовались результаты R-кластерного анализа.
5. Основные защищаемые положения
1. После распада суперконтинента Родиния по периферии образовавшихся сегментов (Сибирского, Северокитайского и Таримского) в заложившихся пери-кратонных прогибах и авлакогенах в позднем рифее - раннем кембрии создались благоприятные условия для накопления марганценосных толщ. В пределах Центрально-Азиатской складчатой области, образовавшейся на месте Палеоазиатского океана, были сформированы два субширотных марганцерудных пояса, приуроченных к краям архейско-раннепротерозойских континентальных плит.
2. Присаянский прогиб, заложившийся на гетерогенном докембрийском фундаменте, разбитом на отдельные блоки, имеет сложную структуру, обуслов-
6
ленную чередованием горст-антиклинальных поднятий и грабен-синклинальных опусканий, ограниченных многочисленными разломами разных рангов, ориентировки и кинематики, по которым происходили неравномерные вертикальные перемещения.
Такое «клавишное» строение прогиба, осложненное неустойчивостью тектонического режима, нашло отражение в пестроте и непостоянстве литолого-фациального состава выполняющих его отложений по латерали и вертикали. Эти обстоятельства осложнили возможность генерации мощных рудоносных толщ и ограничили их площадное распространение.
3. Анализ структурно-тектонического и литолого-фациального контроля марганцевого рудонакопления, источников поступления марганца в бассейн седиментации с выделением литогенного и эксгаляционного компонентов, состава и последовательности образования типоморфных марганцевых минералов позволяет установить три стадии в процессе формирования месторождений марганца - седи-ментационно-диагенетическую, вулканогенную, метаморфогенную и определить генезис месторождений как полигенный.
6. Научная новизна
Появление новых палеотектонических реконструкций геодинамических об-становок формирования Центрально-Азиатского складчатого пояса (Л.П. Зонен-шайн, М.И.Кузьмин, Е.В. Скляров и др.) и на их основе геотектонических реконструкций юга Сибири (Н.Л. Добрецов, Е.Н. Алтухов, А.Н. Иванов), а также выполненные в последнее время исследования непосредственно в Присаянском прогибе, в которых автор принимал участие, позволили выявить некоторые закономерности образования марганценосных формаций и с новых теоретических позиций осмыслить литературный и собранный фактический материал по этой проблеме:
1. Выделены на основе геодинамического анализа два региональных марган-церудных пояса докембрийской эпохи марганценакопления, сформировавшиеся после распада суперконтинента Родиния и раскрытия Палеоазиатского океана. Месторождения марганца, входящие в состав марганцерудных поясов, объединенных особенностями геодинамического режима, характеризуются общностью структур-
но-тектонического строения, состава и характера магматических образований, условий рудонакопления, состава рудовмещающих толщ и марганцевых руд.
2. Установлены взаимосвязь и взаимообусловленность между типом месторождений, масштабом оруденения в Присаянском прогибе и особенностями его тектонического режима, характера магматизма и литолого-фациальной обстановки времени формирования рудоносных толщ.
3. Определены возможные источники поступления соединений марганца в бассейн осадконакопления, последовательность их преобразования в рудоносных толщах, с установлением генетического типа марганцевых месторождений и рудо-проявлений.
7. Практическая значимость
Установленные новые закономерности формирования марганценосности позволяют с новых теоретических позиций определить генезис марганцевых месторождений, оценить и уточнить масштабы и качество оруденения Присаянского прогиба.
8. Апробация работы
Большая часть фактического материала, научная новизна и защищаемые положения апробировались на научных конференциях «Строение литосферы и геодинамика» (Иркутск, 2001), «Геология XXI века» (Саратов, 2002); международных симпозиумах «Проблемы геологии и освоение недр» (Томск, 2001), «Новые идеи в науках о Земле» (Москва,2003); региональных научных конференциях ИрГТУ (Иркутск, 1999, 2001, 2002, 2003 г.г.), научной конференции ИГУ (Иркутск, 2003); научных семинарах кафедры динамической геологии (2002,2003 г.г.) и НТС Государственного Федерального унитарного геологического предприятия «Иркутскгеоло-гия» (2002 г.).
По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ; одна находится в печати.
В процессе работы над диссертацией на всех ее стадиях автор ощущал постоянную помощь и поддержку главного геолога Присаянской партии ГФУГП «Иркутскгеология» В.В.Перфильева и геолога Т.Ф.Галимовой. Чрезвычайно полезными были консультации профессоров А.И.Сизых, А.А.Бухарова, А.С.Мехоношина, А.П.Кочнева, В.А.Филонюка, В.М.Цейслера, О.Гэрэл (Монго-
8
лия), Ню Шуина (Китай), И.Н.Семейкина, С.П.Летунова, А.Н.Иванова. Всем коллегам, способствовавшим завершению работы - моя искренняя признательность. Особая благодарность - научному руководителю профессору Л.А.Рапацкой.
9
Глава I. Докембрийские марганцерудные пояса Центральной Азии
1-1. Геодинамическая реконструкция положения марганцерудных поясов в структуре Центральной Азии
Для геодинамической реконструкции положения докембрийских марганцерудных поясов на территории Центральной Азии необходимо определить их структурное положение с позиции глобальной тектоники плит.
Согласно современным представлениям, Сибирский кратон в неопротерозойское время входил в состав суперконтинента Родиния (Кузьмин и др., 2000). Время распада этого континента различными авторами трактуется по-разному, охватывая период от 1000 до 650-600 млн. лет, но все признают, что в результате образовались отдельные сегменты и произошло раскрытие Палеоазиатского океана. Принимая за данность существование Родинии и ее распад, следует ожидать и создание единых условий осадконакопления на ее пассивных окраинах, а сформировавшиеся при этом осадочные формации могут служить коррелятами при реконструкции положения сегментов суперконтинента.
Распад Родинии [(Бухаров, 2001)] начался в предрифейское время в результате «континентального спрединга», а индикаторами раскрытия океана может служить заложение позднерифейских прогибов и авлакогенов разного типа с образованием своеобразных магматических комплексов базальтоидного состава, преимущественно дайкового типа, фиксирующего начало стадии растяжения (Скляров и др., 2001). Такими структурами-индикаторами могли быть позднерифейские авла-когены рифтового типа - Вороговский, Тейско-Чапский с зеленокаменными вулканитами хотской свиты в Заангарье Енисейского кряжа, локально проявленными в Голоустинском блоке, а в Присаянье - Присаянский прогиб с проявлением высококалиевого щелочного магматизма - габбро-долеритами нерсинского комплекса. При этом метавулканиты представляют собой реликты рифтогенных комплексов, типичных для стадии заложения океанических бассейнов, в то время как собственно-осадочные отложения фиксируют завершение рифтогенных процессов и начало развития региона в режиме пассивной окраины (Гладкочуб и др., 2001).
10
Становление Сибирского кратона, как единой структуры, завершилось к концу рифея формированием рифейских осадочных комплексов на его пассивных окраинах. Осадочные комплексы с возрастом 1000-850 млн. лет представлены мощными терригенно-карбонатными и вулканогенно-осадочными сериями, сформированными в условиях прибрежного мелководья эпиконтинентальных бассейнов или рифтогенных трогов (авлакогенов и прогибов), заложение которых, по-видимому происходило во время «континентального спрединга». Такие осадочные комплексы широко распространены в складчатом обрамлении Сибирского кратона (Енисейском кряже, Присаянье, Забайкалье, Байкало-Муйской зоне, Кузнецком Алатау и в др.).
Центрально-Азиатский складчатый пояс (ЦАСП), как единая гетерогенная структура глобального масштаба, сформировался в процессе закрытия Палеоазиатского океана в разные периоды палеозоя, но немаловажное значение имели и позд-непротерозойские (преимущественно рифейские или раннебайкальские) движения (Зоненшайн, 1972 г.).
Этот пояс включает складчатые сооружения, располагающиеся между Сибирской платформой на севере и Северо-Китайской и Таримской платформами на юге: рифеиды Енисейского кряжа и Восточного Саяна, салаириды и каледониды Алтая, Западного Саяна, Монголии и Казахстана, варисциды Южного Гиссара и Внутренней Монголии, а также многочисленные докембрийские микроконтиненты: Тувино-Монгольский, Дзабханский, Южно-Гобийский, Улутау-Северо-Тяньшаньский и др. (Диденко и др. 1994 г.).
На гетерогенность и полистадийность образования ЦАСП указывают и другие исследователи. По представлениям Д.М.Печерского с соавторами (1994) территория юга Сибири представляла собой раннепалеозойскую аккреционно-коллизионную структуру, в формировании которой выделяются островодужная (V-€h, € 2-з, Oi.2) и коллизионная стадии (O-S). То есть континентальная окраина континента переходит на активный режим развития. Результаты их исследований, основанные на анализе палеомагнитных характеристик раннепалеозойской аккреционно-коллизионной структуры Палеоазиатского океана, согласуются с палеорекон-струкциями Л.П.Зоненшайна и др. (1990), Н.А.Берзина и др. (1994), Н.Л.Добрецова (2001), А.Н.Диденко и др. (1994), R.G.Coleman и др. (1992).
11
Так, Н.А.Берзин с соавторами пишет, «что коллизионные состояния с возрастом 600-660 млн. лет уже несомненно связаны с эволюцией Палеоазиатского океана и увеличением Сибирского континента. Они проявились вдоль южной окраины кратона (Прибайкалье, Восточный Саян) и Тувино-Монгольском микроконтиненте».
Д.П. Гладкочуб, Е.В. Скляров (1995), анализируя эволюцию Восточного Саяна, констатируют что на границе венд - нижний кембрий геодинамическое развитие региона характеризуется причленением к Сибирской платформе раннедо-кембрийских террейнов, рифейских офиолитовых комплексов и островодужных систем, сопровождавшимся мощным тектоногенезом и коллизией.
Итак, можно считать общепризнанным, что в позднем рифее - раннем палеозое территория современной Центральной Азии представляла собой обширный Палеоазиатский океан, раскрывшийся в процессе распада суперконтинента Родинии. Очертания этого океана реконструированы по выходам офиолитовых ассоциаций, с возвратом свыше 1 млрд. лет, распространенных на огромной территории от Восточных Саян до Енисейского кряжа, подробно рассмотренных в работе Л.П. Зо-неншайна (1972).
Достоверно рифейские метабазиты и метагипербазиты известны и в северном складчатом обрамлении Северо-Китайской платформы, где вдоль северной границы раннерифейского блока Ланыиань-Солуншань-Обо развита абиссальная формация ультраосновных пород, возраст которой датируется как среднерифей-ский (Иванов и др., 1996). Кроме того, по результатам исследований, проведенных по международному проекту «Геодинамическая эволюция Палеоазиатского океана», были реконструированы режимы аккреционных обстановок окраин Сибирского и Северо-Китайского континентов (Reconstruction of..., 1994).
Наличие рифейских офиолитовых комплексов и их симметричное положение относительно древних сегментов континентальной литосферы интерпретировались однозначно: к среднерифейскому времени сформировался рифей-ский палеоокеан на месте ранее существовавшего материка (Иванов и др., 2004).
Существование докембрийского Палеоазиатского океана подтверждается исследованиями и Сяо Сючаня и др. (1994), которые выделяют поздне-докембрийский высокобарический глаукофан-сланцевый комплекс, развитый
12
вдоль северной окраины Таримского кратона и восстанавливают четыре типа голу-босланцевых поясов1 разного возраста, считая, что они были аккретированы вдоль или между различными микроплитами и почти повсеместно ассоциируются с рас-чешуенными офиолитами и зонами меланжа. Эту ассоциацию они называют «тройственное единство, объясняя ее возникновение результатом внезапного уменьшения скорости конвергентного сближения (субдукции)».
Э.Г.Дистанов и А.А.Оболенский (1994), рассматривая металлогеническую эволюцию ЦАСП (называя его ЦАПП - Центрально-Азиате кий подвижный пояс) с многоэтапной аккрецией земной коры и формированием покровно-складчатых структур, выделяют разновозрастные металлогенические эпохи, соответствующие ранее выделенным основным геотектоническим эпохам формирования сложной блоковой покровно-складчатой структуры ЦАПП.
Верхнепротерозойская (байкальская) металлогеническая эпоха определяется авторами как весьма продуктивная. Главной характерной ее чертой является формирование Сибирского перикратонного металлогенического пояса, к которому можно отнести и выделенные докембрийские марганцерудные пояса, приуроченные к складчатым обрамлениям Сибирского и Северо-Китайского кратонов. Одной из рудных формаций байкальской металлогенической эпохи является марганцевая, принадлежащая по Э.Г.Дистанову и А.А.Оболенскому, к «модельному типу вулканогенных корово-мантийно-гидротермальных и субмаринно-осадочно-гидротермальных систем». В качестве примера авторы приводят Порожинское месторождение Енисейского кряжа, описание которого будет дано ниже.
К концу рифея в различных регионах Центральной Азии, объединенных общностью геодинамических позиций, тектонического строения, геологических особенностей, таких как условия осадконакопления, характер магматизма, источники рудного вещества, выявляется единая докембрийская (рис. 1) (по Б.М.Михайлову, 1982) или верхнерифейская-нижнекембрийская марганценосная эпоха (по В.П.Рахманову 1982), во время существования которой сформировались рассматриваемые генетические типы марганценосных формаций (Варенцов, 1978, Зеленцов и др., 1980).
В русской литературе обычно используют термин глаукофановых
ггггггггггг
Рис. 1. Положение марганценосных формаций в сводном металлогеническом разрезе позднепротерозойской рудоносной эпохи.
История развития марганцерудного процесса на территории Центральной Азии в докембрийскую эпоху дает возможность проследить определенную связь между генетическим типом месторождения и его положением в тектонической структуре, между геологическим развитием региона, особенностями магматизма и палеофациальной обстановкой осадконакопления, характером, составом, мощностью марганценосных формаций (Иванов, Рапацкая, 2002).
Сибирская платформа с юго-запада и юго-востока ограничена складчатыми областями, внутри которых «протерозойские комплексы выступают на поверхность и составляют здесь тот фундамент, на котором впоследствии закладывались новообразованные структуры позднего рифея и палеозоя» (Зоненшайн и др., 1976)». По мнению этого автора, одним из наиболее древних комплексов является раннекаледонский (или позднебайкальский), образовавшийся в позднем рифее -нижнем кембрии, с которым связана позднепроте-розойская эпоха марганценакоп-ления.
Подобная картина наблюдается и на границе Центрально-Азиатского пояса с Северо-Китайской платформой. Она также обрамляется широкой полосой докем-брийских образований. Эта полоса рассматривается китайскими геологами как выступ фундамента Северо-Китайской платформы, окаймляющий с севера Ордос-скую и Северо-Китайскую синеклизы.
Именно к этим полосам выходов позднепротерозойских (позднерифейских-раннекембрийских) образований, обрамляющих с юга Сибирскую, а с севера Северо-Китайскую платформы и приурочены наиболее древние марганценосные формации, образующие пространственно два марганцерудных пояса: Южно-Сибирский и Северо-Китайский, протягивающиеся в субширотном направлении (рис. 2). Состоят они из целого ряда одновозрастных месторождений марганца, составляющих рудные районы и провинции, которые объединяются по ряду признаков: структурно-тектоническому положению, строению и составу вещественных комплексов,и генетическому типу.
Прежде чем перейти к характеристике некоторых основных месторождений и рудопроявлений марганцерудных поясов, коротко остановимся на принятых в работе определениях и таксонометрических единицах.
15
/СКП
I ¦ ¦¦
Рис. 2. Рифейско-раннепалеозойские офиолитовые комплексы Центральной Лзии (По Л.П. Зоненшайну (1984) с добавлениями АН Иванова, ЕЛ Алтухова и др. (1996) и автора).
1 - районы распространения офиолитовых комплексов, 2 - допозднерифейская континентальная кора, 3 - допозднерифейская континентальная кора с платформенным чехлом, 4 - границы допозднерифейских блоков, 5 - разломы, 6 - границы мезокайнозой-ского чехла, платформы: СП - Сибирская, СКП - Северо-Китайская; 7 - марганцерудные провинции: АС - Алтае-Саянская, Б - Байкальская, ВМ - Восточно-Монгольская, СК -Северо-Китайская.
16
Соответственно определению С.А.Вахромеева и Ж.В.Семинского (1983), «иерархический ряд металлогенических подразделений может быть представлен (с некоторой долей условностей) в следующем виде: пояс металлогенический — провинция металлогеническая — область металлогеническая — район рудный ~ узел рудный — поле рудное». И далее, там же «металлогеническая провинция - это весьма крупная рудоносная площадь, совпадающая с геосинклинальной областью, системой или сравниваемого масштаба крупной структурой платформы, характеризующаяся минерализацией определенного типа и формирующаяся в течение одного или нескольких тектоно-магматических циклов - металлогенических эпох. Металлогеническая эпоха - отрезок геологического времени с развитием процессов оруденения, отвечающий тектономагматическому циклу».
Марганценосным отложениям, выделяемым на территории Центральной Азии в марганценосные формации, соответствует определение В.И.Смирнова (1963): «рудная формация - группа рудных месторождений, объединенных общностью минерального состава, генетических особенностей, геологических условий проявления и сходным экономическим значени м».
Анализ имеющихся материалов показывает, что в размещении месторождений марганца в разрезах докембрия наблюдается определенная закономерность как в латеральном (пространственном) размещении, так и в вертикальном (временном) ряду (Иванов, 2001).
Опираясь на классификационную схему В.П.Рахманова (1982), которую можно использовать для выявления и анализа взаимосвязей между определенными типами осадков и приуроченными к ним рудопроявлениям, месторождениям и тектоническими структурами, автор относит марганценосные формации Центральной Азии к байкальской (рифейской) металлогенической эпохе, когда были сформированы протяженные марганцерудные пояса (Иванов и др., 2003).
Наиболее подробно в работе рассмотрены марганцевые месторождения и рудопроявления Южно-Сибирского пояса, менее - Северо-Китайского (табл. 1).
Таблица 1
Докембрийские марганцерудные пояса Центральной Азии
Марганценосные провинции Район Месторождение Геодинамическая обстановка Марганценосная формация, состав Рудные минералы Магматические образования Пал ео географич ее кая обстановка осадконакоп-ления Генетический тип месторождения
Ъ? Саган-Заба Карбонатная (марганцовистые известняки, переслаивающиеся с кристаллическими известняками, с прослоями кварцитов, гнейсов, амфиболитов) Марганцовистый кальцит, манганокальцит, марганец, содержащие силикаты (гранаты, пироксены, амфиболы) Порфириты среднего состава Морские, относительно глубоководные отложения Осадочный
о X л О Озерское Карбонатная (кристаллические известняки) Псиломелан, пиролюзит Гранодиориты Морские, относительно глубоководные отложения Кора выветривания в карстовых углублениях
га Иликтинское Кварц-песчано-глинистая (карбонатно-терригенные породы) Пиролюзит, пиролюзит-псиломелан, псиломелан Прибрежного мелководья Остаточно инфильтра-ционные
Байкальск Икат-гарчинский Икатское гальные окраины Кремнисто-карбонатно-сланцевая (марганцовистые известняки, кремнистые известняки, мергели, алевритовые известняки). Породы часто превращены в сланцы разного состава и мраморы. Мангано-кальцит, радонит-бу ста мит Гранитоиды и гранодиориты Морские, относительно глубоководные отложения Осадочный метаморфи-зованный