Органическое вещество в гидротермальном рудообразовании Банникова, Любовь Андреевна

Введение к работе

Актуальность исследования. Проблема участия органического вещества в процессах формирования гидротермальных рудных месторождений является одной из ключевых в теории рудообразования, поскольку она включает такие принципиальные вопросы как окислительно-восстановительное состояние гидротермальных растворов, источник и концентрация сульфидной серы в них, формы переноса рудных элементов растворали, причины и механизм отложения рудного вещества. Решение проблемы должно привести к совершенствованию теории рудообразования, что в свою очередь будет способствовать выработке новых критериев поисков и разведки гидротермального оруденения. Цель работы состояла в выяснении роли органического вещества в процессах формирования гидротермальных рудных месторождений различных генетических типов. В связи с этим решался широкий круг задач, включающий: I - разработку химических и изотопных критериев, позволяющих ус-

тановить участие органических соединений в высокотемпературных окислительно-восстановительных процессах;

расчеты химических и изотопных равновесий в системах С-Н-0 и С-Н-0-s , результаты которых использовались при интерпретации данных по концентрациям С0₂ и СН₄ и изотопному составу С0₂ во флюидных включениях, а также данных по изотопным характеристикам карбонатов и сульфидов на исследованных месторождениях;

исследование роли сульфат-редукции с участием органического вещества при отложении сульфидных руд на природних объектах и влияние условий осуществления этой реакции на минеральный состав сульфидных руд;

выяснение значения окислительно-восстановительных условий при формировании месторождений касситерит-силикатной формации и золоторудных месторождений и роль соединений углерода в этих случаях;

в связи с возможностью участия органических соединений в переносе рудных металлов изучалось их распределение в битумоидах, извлеченных из минеральных ассоциаций месторождений киновари, золота и касситерита.

Научная новизна работы. Разработаны новые химические и изотопные критерии и методы, позволяющие судить об участии соединений углерода в окислительно-восстановительных реакциях в гидротермальных условиях. Использование широкого комплекса методов позволило получить доказательства участия органического вещества в гидротермальном рудогенезе. Показано, что образование сульфидных руд на месторождениях различных генетических типов связано с высокотемпературным восстановлением сульфатной серы органическим веществом. Установлено, что при формировании золоторудных месторождений окислительно-восстановительные реакции, протекавшие с участием органического вещества, соединений серы и марганца,приводили к отложению золота. Показано, что изменения окислительно-восстановительного состояния системы, контролируемые соотношением окисленных и восстановленных соединений углерода, определяли отложение касситерита на месторождениях касситерит-силикатной формации..

Практическая значимость работы определяется возможностью использования полученных результатов при построении моделей формирования гидротермальных месторождений различных генетических типов и для выяснения причин локализации оруденения в том или ином

участке земной коры. Прямое отношеїше к разработке новых поисково-оценочных критериев имеют данные о зональном изменении вокруг рудных тел цвета люминесценции минералов гидротермального происхождения, что связано с присутствием в них органических соединений, испытавших воздействие разных процессов. Установленная связь между величиной отношения С0₂/СН₄ во флюидных включениях и продуктивностью минеральной ассоциации также может быть использована п поисково-оценочных целях. Наконец, результаты работы должны способствовать разработке поискового метода, основанного на возшшюве-нии околорудных ореолов обогащения калиевых полевых шпатов и слюд ионом аммония, появление которого в растворах связано, по-видимому, с окислительной деструкцией органического вещества во время отложения рудных ассоциаций.

Объекты исследования и методи. Работа основывается на результатах исследования взаимосвязи между составом минеральных ассоциаций (и минералообразующих флюидов) и химическим и изотопным составом органического вещества, рассеянного в этих ассоциациях. Исследования проведены на образцах, отобранных на месторождениях олова Комсомольского района Дальнего Востока, относящихся к касситерит-силикатной формации; на двух золоторудных месторождениях, одно из которых является типичным представителем золото-серебряных месторождений, связанных с долгояивущими вулкано-купольными структурами (Охотско-Чукотский вулканический пояс), другое - золото-кварц-' сульфидной формации с теллуридами - месторождение, ассоциирующее с малыми интрузиями кислого состава (Армянская ССР). Месторождения подобных типов ранее не рассматривались с точки зрения возможного влияния соединений углерода на процесс минералообразования. Изучены также образцы из месторождения киновари, залегающего в терригеиных породах и являющегося представителем ртутных местороя-деннй широко распространенного кварц-диккитового типа. Рассмотрены некоторые литературные материалы по свинцово-цинковым месторок-дениям в карбонатных породах. Для месторождений двух последних типов присутствие органического вещества в рудах является постоянной и характерной чертой. В работе использованы коллекции' образцов, собранные автором, а также предоставленные Г.М.Сущевской, С.В.Козеренко, С.С.Григоряном.

Органическоа вещество выделялось и анализировалось по стандартным методикам, включающим экстракцию органического вещества из пород и руд, его элементный анализ, разделение на фракции различной

_ 6 -

полярности путем колоночной хроматографии, газово-жидкостную хроматографию алканов, ИК-спектроскошш, изотопный анализ углерода, определение содержания металлов в битумоидах. Часть анализов выполнена по просьбе автора в различных лабораториях; в этих случаях в тексте диссертации имеются соответствующие ссылки.

Данные по распределению изотопов углерода во фракциях различной полярности, входящих в состав битумоидов, сопоставлялись с результатами экспериментальных исследований по водному пиролизу органического вещества, проведенных нами совместно с А.М.йридом.

Состав гидротермальных рудообразующих растворов оценивался на основании анализов флюидных включений, часть из которых была проведена автором. Использованы также опубликованные материалы Т.Н. Сущевской, Н.Н.Барановой, Н.Н.Колпаковой, С.С.Григоряна по составу и температурам гомогенизации флюидных включений в минералах исследованных месторождений.

При изучении окислительно-восстановительных реакций в природных гидротермальных системах использованы также данные по изотопному составу углерода карбонатов и углекислоты во флюидных включениях, полученные при участии С.Ф.Махова и М.Ю.Спасенных. Эти данные интерпретировались на основании расчетов химических и изотопных равновесий в системах С-Н-0 и С-Н-0-s , проведенных совместно с Б.Н.Рыженко и Д.В.Гричуком. Вычисления проводились методом минимизации изобарно-изотермического потенциала системы по программе "Гиббс" Ю.В.Шварова.

Автору принадлежит постановка задачи исследования, интерпретация и обобщение получешшх результатов, им проведена также значительная часть аналитических и экспериментальных исследований.

Основные положения, защищаемые в диссертации, можно формулировать следующим образом:

1. Участие органического вещества в реакциях, определяющих окислительно-восстановительное состояние гидротермальных растворов и концентрацию в них сульфидной серы, может быть установлено на основании сопоставления химического и изотопного состава органического вещества, присутствующего в минеральных ассоциациях, с содержаниями или соотношением валентных форм элементов переменной валентности (серы, марганца, олова и др.) в этих ассоциациях или минералообразующих флюидах.

2. Использование результатов расчетов химических и изотопных равновесий в системе С-Н-0 при интерпретации данных по концентра-

циям С0₂ и СН₄ во флюидных включениях и изотопному составу углерода углекислоты в них позволяют отличать растворы, окислительно-восстановительное состояние которых определялось реакциями между соединениями углерода и водой, от растворов, в которых происходили реакции между соединениями углерода и элементами переменной валентности. Аналогичные расчеты для системы С-Н-0-s позволяют установить, являются ли изменения концентраций и изотопных характеристик СО2, СН₄ и Нрз во.флюидах следствием окислителыю-вос-становителышх реакций между соединениями углерода и серы.

3. На месторождениях ртути, олова и золота, являющихся представителями характерных для этих металлов рудных формаций, образование сульфидных руд связано с повышением содержания U в растворах, происходящим в результате высокотемпературного восстановления сульфатной серы органическим веществом. Концентрация сероводорода во флюидах определяется условиями, при которых происходила сульфат-редукция - температурой, концентрацией сульфат-иона и временем контакта между реагентами, что в свою очередь влияет на минеральный состав образующихся ассоциаций.

4. На месторождениях касситерит-силикатной формации влияние соединений углерода на состояние минералообразующей среды не ограничивается участием их в сульфат-редукции, с которой связано отложение посткасситеритовых сульфидных ассоциаций. Восстановленное состояние растворов, транспортировавших олово в двухвалентной форме , определялось соотношением окисленных я восстановленных соединений углерода. Повышение окислительно-восстановительного потенциала растворов являлось причиной отложения касситерита, причем окислительно-восстановительные условия определяли не только сам факт отложения касситерита, но и продуктивность минерализованных зон.

5. Отложение золота на золото-кварц-сульфидном и золото-серебряном месторождениях связано с окислительно-восстановительными реакциями с участием органического вещества, соединений серы и марганца. Продуктивность ассоциаций зависит от условий, в которых эти реакции осуществлялись, в частности от концентрации сульфидной серы, образующейся в результате сульфат-редукции.

6. Изменения в составе органического вещества, связанные с окислительно-восстановительными реакциями в гидротермальных системах, являются основой для разработки новых практических методов поисков и разведки гидротермальных рудных месторождений.

Апробация работы. Содержание диссертации отражено более чем в 60 работах, основные из которых приведены в списке публикаций; по материалам диссертации сдана в печать монография. Результаты исследований докладывались на Всесоюзных симпозиумах по стабильным изотопам в геохимии (1972,1976,1978,1980,1982,1984,1986); на Всесоюзных симпозиумах по геохимии углерода (1981,1986); на Всесоюзных симпозиумах "Термодинамика в геологии" (1985,1988); на Всесоюзном совещании "Генетические модели эндогенных рудных формаций", Новосибирск, 1985; на П Международном симпозиуме "Методы прикладной геохимии", 1981; на ХІУ Тихоокеанском научном конгрессе, Хабаровск, 1979.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из. введения, трех частей, шести глав и заключения. Объем диссертации 362 стр^. машинописного текста, 62 рисунка , 32 таблицы.Список литературы 389 наименований.