40Ar/39Ar dating of hydrothermal processes in large gold deposits of the Kochkar anticlinorium (South Urals, Russia)
- Authors: Pritchin M.E.1, Kisin A.Y.1, Vikent’eva O.V.2, Ozornin D.A.1, Travin A.V.3, Vikentyev I.V.2
-
Affiliations:
- Institute of Geology and Geochemistry, Ural Branch of Russian Academy of Sciences
- Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy and Geochemistry of Russian Academy of Sciences
- Institute of Geology and Mineralogy of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences
- Issue: Vol 66, No 5 (2024)
- Pages: 533-545
- Section: Articles
- URL: https://journals.eco-vector.com/0016-7770/article/view/660161
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0016777024050062
- EDN: https://elibrary.ru/abhhtt
- ID: 660161
Cite item
Full Text
Abstract
The age restrictions for productive mineral associations of the two largest gold deposits of the Southern Urals — Svetlinsk and Kochkar’, which are located in the East-Uralian megazone, are discussed. The 40Ar/39Ar dating method was performed for the first time for potassium-containing hydrothermal minerals (micas and amphiboles) from the ore veins and ore-host alteration, as well as marbles. The age estimates obtained are in the range of 290–276 Ma; the weighted average value for the Svetlinsk deposit is 284 ±2 Ma, for the Kochkar’ field 276 ±2 Ma. It is assumed that the studied mineral assemblages of the Svetlinsk and Kochkar’ deposits were formed in the beginning of the post-collision stage corresponding to the tectonic relaxation regime. Age of hydrothermal mineral formation in the gold fields of the Kochkar anticlinorium are consistent with the time of post-tectonic plutonic activity, which was expressed in the Middle–Southern Urals in large-scale granitization (~ 300 million years ago). The ore-bearing alteration of a femic profile (of the same age for two deposits), which are most likely basificates, are near-synchronous to the granitization.
Full Text
ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время на Южном Урале разрабатываются два крупных золоторудных месторождения: Кочкарское и Светлинское. Они расположены на площади Кочкарского антиклинория, в 100 км к югу от г. Челябинска. В середине XIX в. здесь были обнаружены богатые россыпи золота, а уже в 1868 г. — золотоносные кварцевые жилы Кочкарского и, чуть южнее, небольшого Новотроицкого месторождений золота (Бородаевский, 1952; Денисова, Хайрятдинов, 2020); оба месторождения эксплуатируются подземным способом по настоящее время. Вопросам геологии, минералогии и генезиса Кочкарского месторождения посвящена обширная научная литература (Бородаевский, 1952; Яновский, 1970; Грабежев, 1974; Смолин, 1975; Бородаевский и др., 1984; Спиридонов, 1995; Kisters et al., 2000; Знаменский, Серавкин, 2006; Знаменский, 2014 и др.). Светлинское месторождение — сравнительно новое и менее изученное. Оно разведывалось в 70–80-е гг. XX в. и отрабатывается открытым способом с 1992 г. По его геологическому строению и генезису также опубликован ряд работ (Сазонов и др., 1989; 2001; Bortnikov et al., 1999; Vikent’eva, Bortnikov, 2015; Vikent’eva et al., 2020; Кисин, Притчин, 2015; Кисин и др., 2022). В большинстве этих работ месторождение рассматривается как полигенное и полихронное. Возрастные этапы становления месторождения намечены такие: ~ 380 млн лет (D2) — образование кварц-серицитовых пород с сульфидной слабозолотоносной минерализацией; ~ 340 млн лет (С1) — лиственитизация, березитизация; ~ 330 млн лет (С1v) — Fe–Mg-метасоматоз и золотое оруденение (Сазонов и др., 1989; Огородников и др., 2004). Геодинамическая обстановка, приведшая к его формированию, практически не обсуждалась.
Исследователи В.Н. Сазонов и др. (Сазонов и др., 2001; Sazonov et al., 2001; Огородников и др., 2004) увязывали формирование этих месторождений с позднепалеозойской уральской коллизией: ранней и поздней, “мягкой” и “жесткой”. По их мнению, рудоподводящими и рудолокализующими структурами выступали “шовные зоны” (глубинные разломы), а источник вещества был преимущественно мантийным.
Авторами (Кисин и др., 2022) развиваются представления, тесно увязывающие время образования золотых месторождений с коллизионными и постколлизионными процессами, периодизация которых хорошо разработана (Пучков, 2010; Vikentyev et al., 2017 и др.). Начало коллизионных процессов на Урале приходится на поздний девон, их пик был на рубеже карбона и перми, а завершение произошло в ранней перми; постколлизионный этап длился до ранней юры. Цель проведенных исследований заключается в попытке датирования стадий минералообразования, с привязкой гидротермальных событий к коллизионному и постколлизионному этапам. Для сопоставления привлечены опубликованные геохронологические данные для близлежащих гранитоидных и гранито-гнейсовых массивов. Предполагается, что Кочкарское и Светлинское месторождения формировались примерно в одно время, в близких геотектонических обстановках.
ОБЗОРНЫЙ ГЕОЛОГИЧЕСКИЙ ОЧЕРК
Исследуемые объекты находятся в восточном крыле Восточно-Уральской мегазоны, в пределах Кочкарского антиклинория, геологическое строение которого достаточно хорошо изучено (Болтыров и др., 1973; Кейльман, 1974; Огородников и др., 2004; Пужаков и др., 2018 и др.). Протяженность антиклинория в меридиональном направлении составляет около 140 км, при ширине до 30 км. Структура характеризуется ярко выраженным купольным тектогенезом: выделяются несколько купольных структур (Варламовская, Еремкинская, Борисовская и Санарская), они обрамляются меж- и околокупольными геологическими комплексами (фиг. 1).
Фиг. 1. Географическая позиция (а) и схематическая геологическая карта Кочкарского антиклинория (б) по материалам (Пужаков и др., 2018), с упрощениями и дополнениями. 1 – плагиогнейсы биотитовые, гранат-биотитовые, амфиболиты, кристаллосланцы с гранатом, ставролитом, силлиманитом и кианитом (V1); 2 – ультраметаморфиты апогарцбургитовые аподунитовые нерасчлененные (V2); 3 – серпентиниты (O2); 4 – нерасчлененные вулканогенные, вулканогенно-осадочные комплексы, углеродисто–кремнистые сланцы (O3-D3); 5 – мраморизованные известняки, мраморы (C1v); 6 – тоналиты гнейсовидные, гранодиориты, плагиограниты (D3-C1); 7 – плагиограниты (C1); 8 – граниты биотитовые, мезократовые и лейкократовые, гнейсограниты (C1-2); 9 – габбро, габбронориты (C1); 10 – монцогаббро, граносиениты, граниты (P1); 11 – геологические границы; 12–14 – тектонические нарушения: 12 – глубинные надвиги, 13 – сбросы (тектонические срывы), 14 – прочие разломы; 15 – месторождения золота (1 – Светлинское, 2 – Кочкарское). Цифры в кружках – гранитогнейсовые купола: 1 – Варламовский, 2 – Еремкинский, 3 – Борисовский, 4 – Санарский, 5 –Светлинская купольная структура. Цифры в квадратах – интрузивные массивы: 6 – Котликский, 7 – Коелгинский, 8 – Пластовский, 9 – Каменно-Санарский, 10 – Степнинский.
Купольные структуры сложены сиалическими породами: гнейсами, гранитогнейсами и интрузивными сериями кислого состава (гранодиориты, плагиограниты, граниты). Их обрамление и межкупольные депрессии слагают гнейсы, кристаллические сланцы (биотитовые, мусковит-биотитовые с кварцем, полевым шпатом, амфиболом, редко с дистеном, ставролитом и силлиманитом), амфиболиты и мраморы кальцитового, реже доломитового и смешанного состава. Контакты сланцевого обрамления с гранитогнейсовыми куполами обычно тектонические, соответствующие по характеру тектоническим срывам.
На востоке граница Кочкарского антиклинория фиксируется линейными интрузиями гранодиоритов Коелгинского и плагиогранитов Пластовского массивов, отделяющих развитые на западе гнейсы и кристаллические сланцы от вулканогенных и вулканогенно-осадочных комплексов ордовик-девонского возраста Еманжелинско-Бородиновского синклинория. Западная граница антиклинория также тектоническая. В антиклинории метаморфизм зональный: в ядрах куполов он отвечает условиям амфиболитовой фации, а в породах обрамления — условиям эпидот-амфиболитовой фации (Болтыров и др., 1973; Кейльман, 1974; Пужаков и др., 2018).
Геологическое строение Светлинского месторождения
Первые представления о геологическом строении Светлинского месторождения и его генезисе сформировались по результатам геологоразведочных работ 70–80-х гг. (Сазонов и др., 1989, 2001; Bortnikov et al., 1999); они дополнены результатами исследований в добычном карьере (Vikent’eva, Bortnikov, 2015; Кисин, Притчин, 2015; Vikent’eva et al., 2020; Кисин и др., 2022; Викентьева, Бортников, 2023). Месторождение расположено в зоне глубинного надвига субмеридионального простирания и западного падения, отделяющего Кочкарский антиклинорий от вулканогенно-осадочных комплексов Заураловского синклинория, развитых к западу от него (см. фиг. 1б).
Породы Кочкарского антиклинория в пределах месторождения представлены мраморами кальцитового, реже доломитового состава и переходными разностями разной степени доломитизации. Реликтовая слоистость в мраморах (с оползневыми текстурами) имеет западное падение под углом 70–75°; кливаж разлома, ранее принимаемый за осадочную слоистость, имеет также западное падение, но под углом 45–55°. Возраст карбонатных осадочных пород по находкам макрофауны считается раннекаменноугольным (Пужаков и др., 2018; Кисин, Притчин, 2022).
Вулканогенно-осадочный разрез Заураловского синклинория в пределах месторождения представлен толщей кварц-биотитовых, кварц-серицит-биотитовых пород крайне невыдержанного состава и с варьирующей степенью рассланцевания — как по простиранию, так и по падению. Зачастую они полностью утратили первичный облик субстрата, по которому образовались. Поэтому предполагается, что состав протолита аналогичен малоизмененным породам разрезов, изученных южнее и севернее месторождения. Они представлены базальтами, андезитами, дацитами и риолитами субщелочного и нормального ряда, их туфами, углерод-кремнистыми и филлитовидными сланцами (Болтыров и др., 1973; Пужаков и др., 2018). Породы испытали региональный метаморфизм верхов фации зеленых сланцев; их полосчатость минеральная, кристаллизационная, имеет западное падение под углом 45–60°, увеличиваясь до 80° близ контакта с мраморами. В толще наблюдаются маломощные тела талькитов, реже — серпентинитов, залегающих как с полосчатостью, так и в виде крутопадающих, секущих тел мощностью до первых метров. Возраст вулканогенно-осадочной толщи, по геологическим данным, условно принят ордовик-позднедевонским (Болтыров и др., 1973; Сазонов и др., 1989; Пужаков и др., 2018).
Предполагается, что надвиг, в зоне которого локализовано месторождение, был заложен в позднем девоне (Сазонов и др., 1989), на раннеколлизионном этапе. В пределах месторождения надвиг осложнен постколлизионными взбросами вертикального и крутого восточного падения, обусловленными ростом Светлинской купольной структуры (Кисин и др., 2022). С формированием купола связано развитие на месторождении в пределах вулканогенно-осадочного комплекса системы кварцевых жил: 1) крутых субмеридиональных, с глубиной меняющих падение с западного на восточное; 2) субширотных, лестничного типа, крутопадающих на север, наиболее распространенных; и 3) редких субмеридиональных, полого падающих на запад (Кисин, Притчин, 2015).
Рудоносные зоны на месторождении выделяются по результатам разведки, детализированной по эксплуатационному опробованию, и представлены двумя типами оруденения: прожилково-вкрапленного и кварцево-жильного (Сазонов и др., 1989). Положение рудоносных зон контролируется зонами интенсивного рассланцевания, биотитизации и развитием серий сближенных субширотных кварцевых жил, нередко с шеелитом. С учетом материалов по геологии, минералогии и флюидному режиму (Сазонов и др., 1989; Сазонов и др., 2001; Vikent’eva, Bortnikov, 2015; Пужаков и др., 2018; Vikent’eva et al., 2020) Светлинское месторождение считается полихронным и полигенным, сформированным в пять этапов: 1) отложение терригенных и вулканогенно-осадочных пород, слабо обогащенных Au, девон, вплоть до франа; 2) региональный зеленокаменный метаморфизм с локальным перераспределением сульфидов, фамен-турне; 3) коллизия, метаморфизм (эпидот-амфиболитовой — амфиболитовой фации) и формирование синорогенного тоналит-гранодиоритового плутона, пегматитовых и кварцевых жил в его апикальной части и, далее от плутона, в дистальной периферийной зоне, серии золото-шеелит-сульфидно-кварцевых жил, сопровождающихся изменением березит-лиственитовых метасоматитов, поздний карбон; 4) формирование связанной с мантийными источниками золото-теллуридной прожилково-вкрапленной минерализации, ранняя пермь; 5) гипергенная стадия — образование коры выветривания и крупных золотых россыпей (мезозой-кайнозой).
Геологическое строение Кочкарского месторождения
Кочкарское месторождение расположено в северной части Пластовского массива плагиогранитов (см. фиг. 1б). Площадь массива около 150 км2, форма — вытянутая в субмеридиональном направлении, выклинивающаяся к югу; протяженность — около 50 км при ширине до 10 км. Западная часть массива сложена полосчатыми плагиогнейсами, биотитовыми гнейсами и разгнейсованными плагиогранитами. К центру и в глубину вышеперечисленные породы постепенно сменяются массивными плагиогранитами с ксенолитами сланцев, гнейсов и зеленокаменных пород (Яновский, 1970; Смолин, 1975). Элементы залегания гнейсовидности в кровле массива указывают на наличие крупной открытой антиклинальной брахискладки субмеридионального простирания с размахом крыльев 2.5–3 км, которые погружаются под углом 40–60° к востоку и западу.
Массив пересечен двумя комплексами даек: 1) ранний — плагиограниты, плагиодиориты, аплиты и плагиогранит-пегматиты, генетически связанные с Пластовским массивом; 2) поздний — дайки основного состава, претерпевшие метасоматические преобразования с образованием кварц-плагиоклаз-амфибол-биотитовых метасоматитов, называемых “табашками” (Бородаевский и др., 1984; Пужаков и др., 2018) за характерный цвет. О природе субстрата этих метасоматитов нет единого мнения, ряд исследователей считают их протолитом долериты (Яновский, 1970; Бородаевский и др., 1984), другие — лампрофиры различного состава (Грабежев, 1974; Знаменский, Серавкин, 2006). Дайки основного состава на площади Пластовского массива в целом образуют веер, раскрытый на восток; Кочкарское месторождение расположено в северной части веера, где преобладают дайки субширотного и ВСВ простирания.
На месторождении выделено 4 этапа метасоматических преобразований пород (Яновский, 1970; Грабежев, 1974; Знаменский, Серавкин, 2006; Знаменский, 2014): 1) дорудный этап имеет площадное распространение, во время которого произошла полная амфиболитизация и биотитизация даек основного состава и слабая биотитизация, частичная калишпатизация, серицитизация и альбитизация плагиогранитов и даек кислого состава; 2) предрудный этап распространен локально и охарактеризован околотрещинной березитизацией пород, с образованием отдельных тел мощностью 0.5–1.5 м при длине 20–30 м; 3) рудный этап проявился в виде пучков, серий кулисных и четковидных сульфидно-кварцевых жил (протяженностью первые сотни метров), обычно пространственно совмещенных с амфибол-биотитовыми метасоматитами; 4) послерудный этап связан с формированием карбонат-кварц-мусковит-хлоритовых жил, в малой степени наследующих более ранние структуры. Возраст дорудного метаморфизма, метасоматического изменения даек и рудообразования предполагается совпадающим с возрастом постмагматических процессов и лежит в интервале 360–330 млн лет (Сазонов и др., 2001; Ферштатер и др., 2009; Знаменский, 2014).
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ И ХАРАКТЕРИСТИКА ОБРАЗЦОВ
Образцы пород для исследований взяты авторами в Светлинском золоторудном карьере и в западном штреке на горизонте 650 м шахты Центральная Кочкарского месторождения; образец с шахты Южная предоставлен рудничными геологами; одна проба отобрана из рудного тела Осейского карьера. Минералы отобраны под бинокулярным микроскопом МБС-9 из фракции 0.2–1 мм предварительно раздробленных образцов. Для исследований использованы мономинеральные фракции слюд и амфибола: 6 проб для Светлинского месторождения (биотит — 3, флогопит — 1, фуксит — 1, актинолит — 1) и 4 пробы для Кочкарского месторождения (биотит — 2, флогопит — 1, актинолит — 1) (табл. 1).
Таблица 1. Список проб для изотопного 40Ar/39Ar датирования калий-содержащих минералов Светлинского и Кочкарского золоторудных месторождений
М-ние | № обр. | Описание образца |
Светлинское | 4/19 | Флогопит из мрамора; представлен единичными прозрачными недеформированными кристаллами бледно-желтого цвета, размером до 2 мм, идиоморфными по отношению к кальциту |
8/19 | Биотит из зальбанда субширотной кварцевой жилы рудной зоны. Биотит образует крупночешуйчатые сростки кристаллов размером до 5 мм на стенках трещины в пирит-кварц-плагиоклаз-биотитовой породе; образовался синхронно жильному кварцу | |
9/19 | Биотит из пирит-кварц-плагиоклаз-биотитовых золотоносных метасоматитов. Гнезда крупночешуйчатого биотита до 8 мм поперечником в мелкозернистой массе. | |
14/19 | Актинолит (14/19А) в зальбандах субширотной кальцитовой жилы и биотит (14/19Б) из вмещающей ее биотит-актинолит-кальцитовой породы. Биотит представлен чешуйчатыми зернами до 4 мм в поперечнике; зеленый актинолит образует сноповидные сростки и игольчатые кристаллы до 3 мм в длину | |
17/19 | Фуксит из миарол, инкрустированных доломитом, в кальцитовом мраморе вблизи контакта с породами вулканогенно-осадочной толщи. Фуксит образует кристаллы свободного роста до 2 мм на стенках полостей, нередко формирует сростки, реже полностью выполняет полости выщелачивания в мраморе | |
Кочкарское | 14/18 | Флогопит из золотоносной кварцевой жилы шахты Центральная, горизонт 600, штрек 31, блок 993. Слюда слагает цемент тектонической брекчии по кварцевой жиле и инкрустирует пустоты между ее обломками. Флогопит представлен крупными, до 1.5 см в поперечнике, таблитчатыми кристаллами светло-серого цвета, нередко в хлоритовой рубашке. Судя по друзовому строению агрегата и присутствию кристаллов горного хрусталя, это, вероятно, постколлизионный этап. |
18/18 | Биотит из кварц-плагиоклаз-биотитовой породы в тектонизированном контакте “табашки” с плагиогранитом, участок Осейка на южном фланге Кочкарского месторождения. Биотит представлен крупными, слабо деформированными темно-коричневыми чешуями до 3 мм в длину | |
38/18 | Биотит (38/18Б) и актинолит (38/18А) из “табашки” биотит-актинолитового состава, вмещающей жилу Новая (в ее зальбандах), шахта Центральная, горизонт 600, орт 34. Биотит слагает основную массу породы; местами содержит прожилки мелкозернистого кварца. Амфибол представлен крупными (до 10 мм по наибольшему измерению), различно ориентированными, недеформированными кристаллами серовато-зеленого цвета |
Изотопное 40Ar/39Ar датирование монофракций K-слюд и амфиболов выполнено в ИГМ СО РАН г. Новосибирска на масс-спектрометре Micromass Noble gas 5400 (аналитик А.В. Травин) методом ступенчатого нагрева в кварцевом реакторе с печью внешнего нагрева (Травин и др., 2009). При интерпретации возрастных спектров использовался метод возрастного плато (Fleck et al., 1977). Для входящих в плато ступеней должны выполняться следующие условия: разница возрастных значений между любыми двумя из них не должна превышать 3σ; им соответствует не менее 60% выделенного 39Ar. В тех случаях, когда исследуемые образцы характеризуются возрастной гетерогенностью, сложной термической историей, полезная информация может быть получена по промежуточным плато, выделяемым в возрастном спектре с помощью менее жестких критериев.
РЕЗУЛЬТАТЫ ДАТИРОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ФОРМИРОВАНИЯ ЗОЛОТОРУДНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ В КОЧКАРСКОМ АНТИКЛИНОРИИ
Результаты 40Ar/39Ar датирования калий-содержащих минералов Светлинского и Кочкарского месторождений методом ступенчатого прогрева приведены на фиг. 2. В спектрах всех образцов, за исключением актинолита пробы 38/18, выделяется кондиционное плато. В спектре актинолита 38/18 выделяется высокотемпературное промежуточное плато из 2 ступеней, характеризующееся значением возраста 267 ±5 млн лет и 49% выделенного 39Ar. В низкотемпературной части спектра выделяется плато из 4 ступеней, характеризующееся значением возраста 250 ±4 млн, СКВО = 0.4 и 44% выделенного 39Ar.
Фиг. 2. Возрастные 40Ar/39Ar спектры для калий-содержащих минералов Светлинского и Кочкарского месторождений золота.
Можно заметить, что полученные для минералов Светлинского месторождения 40Ar/39Ar датировки древнее полученных для минералов Кочкарского месторождения. Средние взвешенные составляют 284 ±2 и 276 ±2 млн лет соответственно, отличаясь на 8 млн лет.
ОБСУЖДЕНИЕ
Геологические данные для региона свидетельствуют, что на исследуемой площади начало коллизионных процессов (преобладающий механизм — одноосное горизонтальное сжатие) пришлось на поздний девон и ознаменовалось заложением надвигов корового масштаба (Болтыров и др., 1973; Кейльман, 1974; Огородников и др., 2004 и др.). На фиг. 3 приведена сводка полученных датировок по минералам Светлинского и Кочкарского золоторудных месторождений, а также опубликованных данных изотопного датирования гранитоидных массивов и гранито-гнейсовых куполов Кочкарского антиклинория (табл. 2). В таблице приведены также значения температуры закрытия изотопных систем, рассчитанные на основе определенных в лабораторных экспериментах кинетических параметров (Hodges, 2004).
Фиг. 3. Термохронологическая диаграмма со сводкой полученных данных 40Ar/39Ar-датирования K-содержащих минералов Светлинского (красные значки) и Кочкарского (синие значки) золоторудных месторождений, а также опубликованных данных изотопного датирования U/Pb и Rb/Sr-методами гранитоидных массивов и пород гранитогнейсовых куполов Кочкарского антиклинория (черные значки; см. табл. 2). 1 – предполагаемый период золоторудной минерализации; 2, 3 – среднее взвешенное из 40Ar/39Ar датировок для Светлинского (2) и Кочкарского (3) золоторудных месторождений; 4 – периоды активизации тектонических и тектоно-магматических процессов, реконструированных на Урале (согласно обзору Vikenteyev et al., 2017).
В пределах Пластовского массива плагиогранитов доколлизионному этапу отвечает формирование плагиогранитных даек. Коллизионному этапу, с которым были связаны формирование антиклинория, разогрев пород в его ядре с последующим образованием гранитогнейсовых куполов, метаморфизмом и гранитизацией (Огородников и др., 2004; Кисин и др., 2022 и др.), соответствуют датировки Варламовского и Борисовского гранитоидных массивов. В этот же временной интервал попадают датировки метаморфогенного циркона из плагиогранитных гнейсов района Кочкарского золоторудного месторождения. Метаморфизм, по оценке (Сначев и др., 2019), соответствовал условиям T=640–690 °C, P=3.5–4.6 кбар.
Пик метаморфизма и начало перехода к процессам постколлизионной релаксации (граница карбона и перми) фиксируются появлением анатектических гранитов (лейкогранитов, аплитов и пегматитов). Этому этапу соответствует полученный по циркону возраст гранитов Санарского и Степнинского массивов (Ферштатер и др., 2007). По всей видимости, с этим этапом связана завершающая стадия метаморфизма толщ Кочкарского антиклинория, закончившаяся их подъемом. В пользу этого предположения свидетельствует совпадение датировок по минералам рудных парагенезисов, характеризующихся различной температурой закрытия, для Светлинского и Кочкарского месторождений (см. фиг. 3).
Установлено, что для кварцевых жил, сформировавшихся в пределах Светлинского рудного поля, гомогенизация газово-жидких включений происходит при T=250–380 °C (Огородников и др., 2004; Vikent’eva et al., 2020), что сопоставимо с температурой закрытия изотопной системы датируемых минералов (~ 300–330 °C). Полученные датировки по актинолиту и слюдам из рудных парагенезисов Светлинского и Кочкарского месторождений, вероятно, соответствуют возрасту дорудного метасоматоза и, собственно, рудообразования. Наблюдаемая разница возраста в ~ 8 млн. лет между средними оценками для минералов Светлинского и Кочкарского месторождений может быть связана с различием во времени подъема пород месторождений к земной поверхности в силу региональной неоднородности тектонических процессов либо с постепенной миграцией источника теплового потока и флюида с востока на запад, которая была реконструирована ранее по геологическим данным (Огородников и др., 2004). Возможно, причина в том, что Кочкарское месторождение локализовано в западной части Пластовского плагиогранитного массива, в относительно высокотемпературной зоне метаморфического ореола крупного Борисовского гранитогнейсового массива. Светлинское месторождение локализовано в зоне глубинного надвига на краю антиклинория и испытало менее существенный зональный метаморфизм со стороны малого и наименее эродированного Светлинского купола.
Рассчитанные для актинолита из “табашек” биотит-актинолитового состава (обр. 38/38) по промежуточным плато значения возраста оказались значительно меньше датировок, полученных методом полноценного плато, включая и возраст биотита из этого же временного диапазона. Это может быть связано с избирательным метасоматическим воздействием на кристаллическую структуру и изотопную систему данного минерала.
Полученные датировки для Кочкарского месторождения не укладываются в существующие представления о формировании золотого оруденения в связи с внедрением лампрофиров (Ферштатер и др., 2007, 2009). Возраст самого Пластовского массива дискуссионен. По одним данным, он считается раннедевонским, отвечая U/Pb датировке по циркону 405 ±3 млн лет (Ферштатер и др., 2009; 2010), хотя выделенные в этой пробе цирконы показали возрасты от 527.9 ±6.4 до 287.6 ±5.8 млн лет. По другим – возраст принимается позднедевонско-раннекаменноугольным (Пужаков и др., 2018; Сначев, Рыкус, 2020). Геологические наблюдения не исключают и поствизейский возраст внедрения плагиогранитов (Кисин и др., 2022). Возраст даек основного состава по результатам U/Pb датирования циркона принят 375 ±5 млн лет (Ферштатер и др., 2009), хотя, как и для Пластовского массива, цирконы образуют в пробе полигенную и полихронную популяцию с диапазоном возрастов от 410.9 ±4.4 до 293.3 ±1.4 млн лет. Возраст предрудных метасоматических преобразований и формирования золоторудных ассоциаций для Светлинского месторождения ограничен ранней пермью. Вопрос об источнике флюидов и золота, необходимых для формирования и этого, и Кочкарского месторождений, требует дальнейшего изучения. Полученные результаты изотопного 40Ar/39Ar датирования K-содержащих минералов рудовмещающих метасоматитов хорошо вписываются в модель блоковой складчатости (Кисин, Коротеев, 2017; Кисин и др., 2022), согласно которой формирование Кочкарского антиклинория происходило в несколько этапов.
- O–D3 — формирование вулканогенно-осадочных толщ в островодужной и рифтогенной обстановках. В конце этапа, с началом коллизии, закладываются крупные надвиги противоположного падения, разделяющие формирующиеся структуры: Заураловского синклинория на западе, Кочкарского антиклинория в центре и Еманжелинско-Бородиновского синклинория на востоке. С этим этапом соотносятся раннедевонские датировки цирконов в Пластовском массиве.
- D3–C1v — раннеколлизионная стадия: под тяжестью надвинутых пород центральный блок коры, ограниченный глубинными надвигами, постепенно погружается, формируя морской бассейн, заполняющийся карбонатными осадками с примесью терригенного материала. Дальнейшая коллизия приводит к надвиганию ордовик-девонских вулканогенно-осадочных комплексов на раннекаменноугольные осадки. Изгибающие моменты, сопровождающие надвиги, приводят к образованию синклинориев (Заураловского и Еманжелинско-Бородиновского) и антиклинория (Кочкарского). Сфокусированная на ядро антиклинория механическая энергия сжатия трансформируется в тепловую, приводя к разогреву пород, их метаморфизму и дегидратации; отделяющиеся флюиды и тепло формируют тепловые купола. Идет гранитизация с выносом Mg, Fe, Ca и накоплением Na, K, Si, формированием массивов гранодиоритов и тоналитов. Продукты раннего гранитообразования в Пластовском массиве подробно описаны (Яновский, 1970; Смолин, 1975; Знаменский и Серавкин, 2006). Этому этапу соответствует возраст каймы ~ 375–360 млн лет у цирконов с древними корродированными ядрами (Ферштатер и др., 2009). Отметим, что интрузивные контакты этого массива с каменноугольными известняками и наличие роговиков также находятся в соответствии с его каменноугольным возрастом. Ранний этап коллизии завершается формированием Пластовского плагиогранитного массива ~ 340 млн лет назад, что отмечено U/Pb датировками метаморфических кайм циркона.
- Рубеж C/P (±10 млн лет) — пик коллизии. Разогретые в ядре антиклинория до пластичного состояния породы выжимаются вверх, формируя купольные структуры. Продолжаются процессы гранитизации с выносом в околокупольное пространство Si, Fe, Ti, Mg, Ca, Au и накоплением в ядрах куполов Na, K, Be, Li, Sn, W, Ta, Nb (Кисин, Коротеев, 2017). Каменноугольные известняки, развитые в межкупольном пространстве, частично мраморизуются. Пластовский массив также испытал гранитизацию под влиянием Борисовского гранито-гнейсового купола (Черемисин, Бородаевский, 1979). На западе, в обрамлении растущего Светлинского купола, формируются тектонические срывы (сбросы в связи с выдвижением вверх пород лежачего бока) (Кисин и др., 2019). Часть таких срывов накладывается на теряющий активность Светлинский надвиг, вследствие чего последний осложнился серией субвертикальных взбросов субмеридионального простирания, контролирующих развитие по вулканогенно-осадочным породам тел вторичных кварцитов. Одновременно формируется серия сближенных субширотных трещин растяжения, заполняемых жильным кварцем, иногда с шеелитом (падение на север ∠~70°).
- P1–J1 — постколлизионная релаксация. В Пластовском массиве пластические деформации сменились хрупкими, с формированием трещин скалывания СВ и СЗ простирания. Последующий спад напряжения привел к раскрытию этих трещин и формированию в них кварц-плагиоклаз-амфибол-биотитовых метасоматитов — “табашек”, которые авторы считают базификатами, связанными с осаждением Fe, Mg, вынесенных при гранитизации. На это указывают несколько признаков: сходный состав “табашек” с кварц-биотитовыми метасоматитами Светлинского месторождения (Сазонов, Мурзин, 1994); крайне невыдержанный состав: кварц-плагиоклаз-амфибол-биотитовый, но нередко амфибол-биотитовый без кварца и полевых шпатов; наблюдения постепенного перехода или нерезкого контакта “табашек” с вмещающими плагиогранитами (Смолин, 1975; Бородаевский и др., 1984) и, наконец, сходный полихронный набор цирконов из “табашек” и плагиогранитов (Ферштатер и др., 2009). С учетом этого возраст “табашек” отвечает возрасту молодой популяции циркона 287.6 ±5.8 млн лет из плагиогранитов, 293.3 ±1.4 млн лет — из “табашек”, а также — 40Ar/39Ar датировке 281.4 ±4.5 биотита из “табашек” (см. фиг. 3, таб. 2). Дальнейшее раскрытие системы трещин скалывания приводит к наложению на “табашки” золото-сульфидной минерализации ~ 276 ±3 млн лет назад (по флогопиту из брекчий по золотоносным кварц-сульфидным жилам) и 276 ±4 млн лет (по биотиту из поздних “табашек” участка Осейка Кочкарского месторождения).
Окончание тектоно-метаморфической активности зафиксировано на Кочкарском месторождении 40Ar/39Ar датами 267 ±5 и 250 ±4 млн лет для актинолита из поздних “табашек” (см. табл. 2). Оно отмечено также образованием поздних кварцевых жил и кристаллизацией вторичного хлорита при температуре около 350 °C; датировано Rb/Sr методом (см. фиг. 3, таб. 2) (Kolb et al., 2005) — 265 ±3 млн лет назад.
Таблица 2. Изотопные датировки горных пород и минералов золоторудных полей Кочкарского антиклинория, использованные для построения термохронологической диаграммы
Возраст, млн лет | Метод | T, °C* | Минерал/порода | Объект | Литературный источник |
399 ±8 | U/Pb | 800 ±40ф | Циркон/плагиогранит | Пластовский массив | Ферштатер и др., 2007 |
375 ±5 | U/Pb | 650 ±15ф | Циркон/лампрофир | Кочкарское месторождение | Ферштатер и др., 2009 |
358 ±4 | U/Pb | 750 ±40ф | Циркон/гнейсо-гранит | Варламовский массив | Ферштатер и др., 2007 |
358 ±23 | U/Pb | 750 ±40ф | Гранит | Борисовский массив | Kolb et al., 2005 |
335 ±6 | U/Pb | 650 ±15д | Циркон/плагиогранит | Пластовский массив | Ферштатер и др., 2007 |
290 ±4 | U/Pb | 750 ±40ф | Циркон/гранит | Санарский массив | Ферштатер и др., 2007 |
289 ±4 | Ar/Ar | 330 ±30з | Биотит/метасоматит | Светлинское месторождение | Настоящая работа |
287 ±5 | Ar/Ar | 550 ±40з | Актинолит/кальцитовая жила | Светлинское месторождение | Настоящая работа |
287 ±3 | Ar/Ar | 330 ±30з | Биотит/кварцевая жила | Светлинское месторождение | Настоящая работа |
287 ±4 | Ar/Ar | 330 ±30з | Биотит/метасоматит | Светлинское месторождение | Настоящая работа |
283 ±4 | U/Pb | 750 ±40ф | Циркон/гранит | Степнинский массив | Ферштатер и др., 2007 |
282 ±4 | Ar/Ar | 430 ±30з | Флогопит/мрамор | Светлинское месторождение | Настоящая работа |
281 ±4 | Ar/Ar | 330 ±30з | Биотит/метасоматит | Кочкарское месторождение | Настоящая работа |
278 ±4 | Ar/Ar | 300 ±30з | Фуксит/мрамор | Светлинское месторождение | Настоящая работа |
276 ±4 | Ar/Ar | 330 ±30з | Биотит/кварц-плагиоклаз-биотитовая порода | Кочкарское месторождение | Настоящая работа |
276 ±3 | Ar/Ar | 430 ±30з | Флогопит/брекчия | Кочкарское месторождение | Настоящая работа |
267 ±5 | Ar/Ar | 550 ±40з | Актинолит/метасоматит | Кочкарское месторождение | Настоящая работа |
265 ±3 | Rb/Sr | 316 ±30з | Пострудная Q-жила | Кочкарское месторождение | Kolb et al., 2005 |
250 ±4 | Ar/Ar | 440 ±40з | Актинолит/метасоматит | Кочкарское месторождение | Настоящая работа |
Примечание: *Индекс означает: ф — температура формирования; д — температура деформации, преобразования; з — температура закрытия изотопной системы.
На Светлинском месторождении на зоны тектонических срывов субмеридионального простирания накладываются пирит-кварц-плагиоклаз-биотитовые метасоматиты. Аналогичные метасоматиты развиты в зальбандах некоторых субширотных кварцевых жил. Этому этапу соответствует возраст биотита и актинолита 291–287 млн лет из зальбандов жил и крупночешуйчатого биотита — из пирит-кварц-плагиоклаз-биотитовых метасоматитов. В тектонизированных кварцевых жилах и пирит-кварц-плагиоклаз-биотитовых метасоматитах отлагалась малосульфидная золото-теллуридная минерализация. В мраморах при снятии стресса пластические деформации сменились хрупкими, и в полостях отложилась пневматолито-гидротермальная минерализация: флогопит, мусковит, фуксит, Cr-паргасит, пирит, пирротин, сфалерит, кварц, топаз, флюорит, самородная сера и др. Изотопное датирование флогопита показало возраст 282 ±4 млн лет, а фуксита — 278 ±4 млн лет (см. фиг. 3, табл. 2).
ВЫВОДЫ
- По результатам изотопного 40Ar/39Ar датирования калий-содержащие минералы метасоматитов и жил Светлинского и Кочкарского месторождений образовались на начальных фазах постколлизионного этапа, отвечающего режиму тектонической релаксации, в интервале 290–276 млн лет.
- Вероятнее всего, образование обоих месторождений связано с процессами гранитизации при формировании Кочкарского антиклинория, являясь их следствием: накоплению золота в обрамлении гранитогнейсовых куполов мог способствовать его вынос из зон анатектического плавления в их ядрах. На обоих месторождениях рудовмещающие метасоматиты фемического профиля одновозрастные и, вероятнее всего, являются базификатами, образованными при гранитизации, охватившей глубокие зоны Кочкарского антиклинория.
- Золотая минерализация Светлинского месторождения накладывается на базификаты и кварцевые жилы, сформированные в зоне сочленения Светлинского надвига с рудоподводящими зонами тектонического срыва (сбросами) одноименного Светлинского купола, апикальная часть которого расположена в 3 км восточнее месторождения.
- Золотое оруденение Кочкарского месторождения наложено на базификаты, выполняющие трещины скалывания и растяжения, которые сформировались при росте Борисовского гранитогнейсового купола.
ФИНАНСИРОВАНИЕ
Работа выполнена в рамках Госзадания № Гос. учета НИОКТР 123011800011–2 “Рудообразующие процессы и закономерности размещения месторождений полезных ископаемых во внутриплитных коллизионно-складчатых поясах”, а также — по государственному заданию ИГМ СО РАН (№ 122041400171–5) и ИГЕМ РАН (№ 124022400142–2).
About the authors
M. E. Pritchin
Institute of Geology and Geochemistry, Ural Branch of Russian Academy of Sciences
Author for correspondence.
Email: mpritchin@gmail.com
Russian Federation, Academic Vonsovsky str., 15, Yekaterinburg, 620016
A. Yu. Kisin
Institute of Geology and Geochemistry, Ural Branch of Russian Academy of Sciences
Email: mpritchin@gmail.com
Russian Federation, Academic Vonsovsky str., 15, Yekaterinburg, 620016
O. V. Vikent’eva
Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy and Geochemistry of Russian Academy of Sciences
Email: mpritchin@gmail.com
Russian Federation, Staromonetny per., 35, Moscow, 119017
D. A. Ozornin
Institute of Geology and Geochemistry, Ural Branch of Russian Academy of Sciences
Email: mpritchin@gmail.com
Russian Federation, Academic Vonsovsky str., 15, Yekaterinburg, 620016
A. V. Travin
Institute of Geology and Mineralogy of Siberian Branch of Russian Academy of Sciences
Email: mpritchin@gmail.com
Russian Federation, Academic Koptyug Avenue, 3, Novosibirsk, 630090
I. V. Vikentyev
Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy and Geochemistry of Russian Academy of Sciences
Email: mpritchin@gmail.com
Russian Federation, Staromonetny per., 35, Moscow, 119017
References
- Болтыров В.Б. Пыстин А.М., Огородников В.Н. Региональный метаморфизм пород северного обрамления Санарского гранитного массива на Южном Урале // Труды Свердловского Горного ин-та. 1973. Т. 91. С. 53–66.
- Бородаевский Н.И. Кочкарское золоторудное месторождение // Геология главнейших золоторудных месторождений СССР. М.: ОБТИ, 1952. Т. III. С. 269–413.
- Бородаевский Н.И., Черемисин А.А., Яновский В.М., Покусаев В.И. Кочкарское месторождение // Золоторудные месторождения (Европейская часть СССР). Москва: Недра, 1984. Т. 1. С. 54–87.
- Викентьева О.В., Бортников Н.С. Признаки плавления минералов в рудах Светлинского золоторудного месторождения, Южный Урал, Россия // Доклады РАН. Науки о Земле. 2023. T. 513. С. 206–211.
- Грабежев А.И. Процессы метасоматизма пород Кочкарского золоторудного месторождения // Метасоматизм и рудообразование. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1974. С. 3–22.
- Денисова Н.А., Хайрятдинов Р.К. История разработки Кочкарского месторождения золота // Изв. ТулГУ. Науки о Земле. 2020. Вып. 1. С. 211–227.
- Знаменский С.Е. Тектоническая позиция и структура Кочкарского рудного поля и месторождения (Южный Урал) // Металлогения древних и современных океанов. 2014. № 1. С. 16–19.
- Знаменский С.Е., Серавкин С.Б. Глубинное строение, региональная позиция и структура Кочкарского рудного поля и месторождения // Геологический сборник. Труды ИГ УНЦ РАН, 2006. Т. 5. С. 30–38.
- Кейльман Г.А. Мигматитовые комплексы подвижных поясов. Москва: Недра, 1974. 200 с.
- Кисин А.Ю., Коротеев В.А. Блоковая складчатость и рудогенез. Екатеринбург: ИГГ УрО РАН, 2017. 349 с.
- Кисин А.Ю., Огородников В.Н., Поленов Ю.А., Мурзин В.В., Притчин М.Е. Роль Светлинской гранитогнейсовой купольной структуры в образовании кварцево-жильных месторождений (Южный Урал) // Изв. Уральского гос. горного ун-та. 2019. Т. 56. С. 53–63.
- Кисин А.Ю., Притчин М.Е. Разрывная тектоника на Светлинском месторождении золота (Южный Урал) и ее рудоконтролирующая роль // Вестник Пермского ун-та. Геология. 2015. Т. 28. С. 34–42.
- Кисин А.Ю., Притчин М.Е., Озорнин Д.А. Геолого-структурная позиция Светлинского месторождения золота (Южный Урал) // Записки Горного ин-та. 2022. Т. 255. С. 369–376.
- Огородников В.Н., Сазонов В.Н., Поленов Ю.А. Минерагения шовных зон Урала. Ч. 1. Кочкарский рудный район. Екатеринбург: УГГГА, 2004. 216 с.
- Пужаков Б.А., Шох В.Д., Щулькина Н.Е. и др. Государственная геологическая карта Российской Федерации. Масштаб 1:200 000. Изд. 2-е. Сер.: Южно-Уральская. Лист N-41-XIII (Пласт). Об. зап. М.: Моск. филиал ВСЕГЕИ, 2018. 205 с.
- Пучков В.Н. Геология Урала и Приуралья (актуальные вопросы стратиграфии, тектоники, геодинамики и металлогении). Уфа: ДизайнПолиграфСервис, 2010. 280 с.
- Сазонов В.Н., Мурзин В.В. Кочкарские табашки и светлинские метасоматиты фемического профиля — генетические родственники (Южный Урал) // Ежегодник-1993. Труды ИГГ УрО РАН. 1994. Т. 141. С. 97–98.
- Сазонов В.Н., Огородников В.Н., Коротеев В.А., Поленов Ю.А. Месторождения золота Урала. Екатеринбург: УГГГА, 2001. 622 с.
- Сазонов В.Н., Попов Б.А., Григорьев Н.А., Мурзин В.В., Мецнер Э.И. Корово-мантийное оруденение в салических блоках эвгеосинклиналей. Свердловск: УрО АН СССР, 1989. 112 с.
- Смолин Д.А. Структурная документация золоторудных месторождений. М.: Недра, 1975. 240 с.
- Сначев В.И., Рыкус М.В. Геология, петрогеохимия и условия кристаллизации гранитоидов Пластовского массива (Восточно-Уральский прогиб) // Нефтегазовое дело. 2020. Т. 18. С. 6–14.
- Сначев В.И., Сначев А.В., Рыкус М.В. Физико-химические условия метаморфизма еремкинской толщи (Кочкарский антиклинорий) // Нефтегазовое дело. 2019. Т. 17. С. 6–15.
- Спиридонов Э.М. Минералогия метаморфизованного Кочкарского плутоногенного золото-кварцевого месторождения, Южный Урал // Записки ВМО. 1995. № 6. С. 24–39.
- Травин А.В., Юдин Д.С., Владимиров А.Г. и др. Термохронология Чернорудской гранулитовой зоны (Ольхонский регион, Западное Прибайкалье) // Геохимия. 2009. Т. 11. С. 1181–1199.
- Ферштатер Г.Б., Знаменский С.Е., Бородина Н.С. Возраст и геохимия Пластовского золотоносного массива // Ежегодник-2008. Труды ИГГ УрО РАН. 2009. Т. 156. С. 276–282.
- Ферштатер Г.Б., Краснобаев А.А., Беа Ф., Монтеро П., Бородина Н.С. История и геодинамические обстановки палеозойского интрузивного магматизма Среднего и Южного Урала (по результатам датирования цирконов) // Геотектоника. 2007. № 6. С. 52–77.
- Ферштатер Г.Б., Холоднов В.В., Кремнецкий А.А. и др. Золотоносные габбро-тоналит-гранодиорит-гранитные массивы Урала: возраст, геохимия, особенности магматической и рудной эволюции // Геология руд. месторождений. 2010. Т. 52. С. 65–84.
- Черемисин А.А., Бородаевский Н.А. О зональности гидротермального метаморфизма на одном из рудных полей Урала // Метасоматические формации и фации. Свердловск: УНЦ АН СССР, 1979. С. 65–69.
- Яновский В.М. Особенности структуры Кочкарского золото-мышьякового месторождения (Южный Урал) // Изв. Томского политех. ин-та. 1970. Т. 239. С. 354–360.
- Bortnikov N.S., Murzin V.V., Sazonov V.N., Prokof'ev V.Y., Stolyrov M.I. The Svetlinsk gold-telluride deposit, Urals, Russia: mineral paragenesis, fluid inclusions and stable isotope studies // Mineral Deposits: Processes to Proceessing; Proc. 5th SGA Meeting and 10th JAGOD Symp. Rotterdam, Netherlands: Balkema Publishers, 1999. P. 21–24.
- Bortnikov N.S., Vikentyev I.V. Endogenous metallogeny of the Urals. In: Mineral deposit research for a high-tech world; Jonsson E., Ed.; Uppsala, 2013. V. 4. P. 1508–1511.
- Fleck R.J., Sutter J.F., Elliot D.H. Interpretation of discordant 40Ar/39Ar age-spectra of Mesozoic tholeiites from Antarctica // Geochim. Cosmochim. Acta. 1977. V. 41. P. 15–32.
- Hodges K.V. Geochronology and thermochronology in orogenic systems // Treatise on Geochemistry. Oxford, Elsevier, 2004. V. 3. P. 263–292.
- Kolb J., Sindern S., Kisters A.F.M. et al. Timing of Uralian orogenic gold mineralization at Kochkar in the evolution of the East Uralian granite-gneiss terrane // Mineral. Dep. 2005. V. 40. P. 473–491.
- Kisters A.F.M., Meyer F.M., Znamensky S.E. et al. Structural controls of lode-gold mineralization by mafic dykes in late-Paleozoic granitoids of the Kochar district, Southern Urals, Russia // Mineral. Dep. 2000. V. 35. P. 157–168.
- Sazonov V.N., van Herk A.H., de Boorder H. Spatial and temporal distribution of gold deposits in the Urals // Econ. Geol. 2001. V. 96. P. 685–703.
- Vikent’eva O.V., Bortnikov N.S. The large Svetlinsk Au-Te deposit, South Urals: telluride mineralization for genetic reconstructions // Proc. 13th Biennial SGA Meeting, Nancy, France. 2015. P. 851–854.
- Vikent’eva O., Prokofiev V., Borovikov A. et al. Contrasting fluids in the Svetlinsk gold-telluride hydrothermal system, South Urals // Minerals. 2020. V. 10. Paper 37. P. 1–26.
- Vikentyev I.V., Belogub E.V., Novoselov K.A., Moloshag V.P. Metamorphism of volcanogenic massive sulphide deposits in the Urals. Ore geology // Ore Geol. Rev. 2017. V. 85. P. 30–63.
Supplementary files
