Золоторудное месторождение Покровское размещается на северной окраине Амурского микроконтинета (координаты: 53°09′ с.ш., 126°18′ в.д.) в зоне коллизии Северо-Азиатского и Сино-Корейского кратонов. Оно локализовано на стыке раннемелового Сергеевского гранитоидного плутона верхнеамурского интрузивного комплекса и Тыгда-Улунгинской вулкано-тектонической структуры (ВТС) раннего мела на западном фланге Умлекано-Огоджинского вулкано-плутонического пояса. Расположено оно в основном в гранитоидах цокля ВТС под вулканитами в прижерловой части палеовулкана [2, 3, 5]. Рудное поле имеет размеры около 20 км2. Рудные тела в нем установлены на трех участках, но наиболее крупные из них компактно размещаются на Центральном участке в гранитоидном куполе указанного интрузива северо-западнее жерла палеовулкана (рис. 1).
Рис. 1. Схема геологического строения Центрального участка Покровского месторождения (а – план, б – разрез) с предполагаемой конвекцией флюидов в связи с купольным поднятием поверхности силла дацита: 1 – гранитоиды; 2 – остаточные вулканиты экрана в плане (а) и на разрезе (б); 3 – жерловина вулкана; 4 – Сергеевский сброс; 5 – оси гребневидных поднятий силла дацита (а) и выход его купола на поверхность (б); 6 – контуры промышленных золоторудных тел в проекции на поверхность и в разрезе; 7 – вероятные направления конвективного движения флюида: приток охлажденных флюидов (а) и отток флюидов, нагретых силлом дацита (б)
Жильно-прожилковая минерализация сформировалась в 4–5 стадий и относится к убогосульфидной золото-кварцевой формации. В разрезе месторождения рудные тела находятся выше субвулканического силла дацита сложной морфологии лакколитообразной формы переменной мощности (1–65 м). Он имеет куполовидное поднятие поверхности на Центральном участке и гребневидное доминирующее поднятие на северо-восточном фланге. Считается, что это инъективное тело подчеркивает положение и строение рудоконтролирующего купола Сергеевской гранитоидной интрузии [5]. По другой версии силл размещается в зоне рудоконтролирующего пологого надвига [1]. По обеим версиям он является дорудным и играет рудоконтролирующую роль в качестве нижнего экрана.
К настоящему времени покровные вулканиты значительно эродированы. Их небольшие остаточные поля сохранились на отдельных участках севернее, восточнее, южнее и юго-восточнее жерла палеовулкана. Все выявленные рудные залежи приурочены к пологозалегающей тектонической гранитной пластине переменной мощности (10–160 м), отделенной от остальной части гранитоидного купола пологим субвулканическим силлом дацита. Примечательно, что все жильно-прожилковое оруденение размещается выше кровли этого инъективного магматического тела. На основании изложенного считается, что это магматическое тело, внедрившееся по пологому межформационному срыву [5] или надвигу [1], является дорудным и выполняет рудоконтролирующую роль, а связь золотого оруденения с силлом парагенетическая.
Однако ряд признаков, установленных нами и отмечаемых другими исследователями, позволили нам предположить более тесную связь оруденения с этим малым магматическим телом, а именно рудоформирующую, и считать силл дацитов синрудным. Главные из этих признаков следующие:
– отсутствие на месторождении наложенного богатого оруденения на силл, на его апофизы и на гранитоиды ниже силла;
– отсутствие богатого золотого оруденения непосредственно над купольной частью силла [1, 4];
– размещение рудных тел исключительно над силлом, а именно в тесной пространственной связи с зонами перехода его участков обычной мощности к вышележащим раздувам [3].
Рабочая гипотеза и решаемые задачи
Суть выдвинутой рабочей гипотезы состоит в том, что внедрившийся силл (расплав) в околожерловую экранированную вулканитами положительную структуру, трещинно-поровое пространство которой к тому времени уже было заполнено флюидами, оказал двойное воздействие на прилегающие породы и флюиды. Под напором внедрившегося расплава произошли дополнительные деформации пород с подновлением систем существовавших нарушений и появлением дополнительных разрывов. Вследствие этого значительно увеличилась пористость и проницаемость брекчированных пород. Дополнительный нагрев флюидов экранированной гидротермальной рудообразующей системы (ЭРГС) активизировал их плотностную динамику в градиентном температурном поле, что существенно повлияло на рудоотложение. В лабораторных экспериментах, моделирующих этот процесс, ставилась задача проследить зарождение, развитие и деградацию конвективной динамики флюида в ЭРГС месторождения и соотнести с ее структурой реальное положение обогащенных золотом участков месторождения, выявленных по результатам разведки, и сделать обоснованные генетические выводы.
Материалы и методы исследования
Исследования производились на оригинальной, специально сконструированной лабораторной установке с встроенной моделью силла по выбранному разведочному буровому профилю через центральную часть месторождения с установленным размещением выявленных промышленных тел (рис. 2).
Двухсекционный сосуд (1); штуцеры: впускной (2) и выпускные (3) для теплоносителя и штуцер для выпуска воздуха (4); пятиугольниками показаны места размещения кристаллов цветового индикатора для визуализации потоков «флюида». Римскими цифрами пронумерованы конвективные ячейки (индексом отмечены локальные неустойчивые).
Заштрихованы основные зоны смешения нагретого и частично охлаждённого опускающегося «флюида».
Установка состоит из двухсекционного сосуда, изготовленного из прозрачного органического стекла. Ее размеры составляют 80×400×400 мм. По вертикали сосуд герметично разделен на две части медной пластиной толщиной 1 мм. Она копирует форму силла в поперечном сечении и является его моделью. Верхняя часть сосуда служила для размещения воды, выполнявшей роль трещинно-порового флюида в надсилловом пространстве; нижняя – для размещения нагревателя медной пластины (модели силла) до заданной температуры. Нагрев модели проводился путем подачи из специальной емкости в нижнюю часть установки нагретой до определенной температуры воды в проточном режиме. Установка позволяет создавать перепад температур между «флюидом» (холодная вода) и «нагретым силлом» от нескольких десятков до 1 градуса и наблюдать через прозрачные стенки процесс зарождения, перестройки, стабилизации и деградации конвекции флюида. Для визуализации потоков «флюида» использовался цветовой индикатор – кристаллы KmnO4, помещаемые в нужные точки модели силла (прогибы, склоны, гребни) или в виде капель концентрированного раствора этого вещества, подаваемых в нужные точки движущейся жидкости в объеме верхнего сосуда. Развитие конвекции жидкости фиксировалось видеокамерой. Температуры модели и флюида контролировались ртутным и электронным термометрами, а общая структура температурного поля периодически фиксировалась тепловизором Flir-3. Роль породного экрана в экспериментах выполнял «надфлюидный» слой воздуха в верхнем сосуде. Эксперимент завершался совместным анализом всей информации.
Рис. 2. Движение «флюида» над моделью внедрившегося в ЭРГС магматического силла на этапе установившейся конвекции при перепадах температур на границе «силл ‒ флюид» 30–20 °С
В серии экспериментов с варьированием перепадов исходных температур «флюид/нагреватель модели» были изучены: динамика потоков, перестройка конвективной системы во времени, влияния фрагментов сложной поверхности силла (прогибы и поднятия его поверхности и главного гребня) на движение подогретой жидкости; структура упорядоченного движения, направления и относительные скорости движения потоков при различных перепадах температур, размещение зон дивергенции, конвергенции и смешения потоков.
Результаты исследования и их обсуждение
Движение жидкости над моделью силла возникает с момента начала нагрева медной пластины, означающего внедрение расплава. Сразу же возникают вертикальные струи подкрашенной воды. Очень быстро такая кратковременная простая упорядоченность преобразуется в сложную картину. Вертикальные потоки остаются над всеми возвышенными участками поверхности, а от центров прогнутых участков потоки наклоняются в сторону соседних возвышающихся. Затем они выполаживаются и приобретают параллельное склонам движение и достигают их гребней. Через некоторое время жидкость в системе, в том числе и над невысокими боковыми гребнями, приобретает упорядоченное общее движение в сторону доминирующего поднятия. Над ним формируется основной восходящий поток с повышенной скоростью движения. Здесь воды наиболее нагретые. В верхней части этого потока вблизи «экрана» формируется зона дивергенции – поток разделяется и движется к флангам модели силла, где происходят погружения обеих ветвей. Здесь скорости движения потоков снижаются. Опустившийся над флангом поток разворачивается в сторону доминирующего поднятия поверхности силла и включается в рециклинг. При этом нижняя часть потока нагревается силлом. Над фланговыми отрезками модели происходит конвергенция потоков с последующим турбулентным перемешиванием погружающихся относительно охлажденных вод с подогретыми водами над промежуточным отрезком силла. Ближе к основному гребню силла жидкость уже более нагрета, скорость движения потока возрастает, а направление его движения над вершиной переходит в вертикальное. При постоянной температуре нагрева модели, за счет тепломассопереноса и разогрева конвективно перемешивающейся жидкости, перепад температур в системе «модель – флюид» постепенно снижается. При этом скорость движения потоков так же уменьшается, а при выравнивании температур на границе «силл ‒ флюид» конвекция полностью прекращается.
В специальном эксперименте (кристалл KmnO4 помещен в крайнем фланговом прогибе) было установлено, что фланговый «флюид» довольно быстро включается в общий цикл движения и вскоре достигает (по характерной окраске) доминирующего поднятия модели силла. Это означает, что в формировании каждого рудного тела месторождения участвует весь флюид соответствующего фланга ЭРГС относительно доминирующего гребня (купола).
Несомненно, аналогично наблюдаемому в эксперименте конвектировал и трещинно-поровый флюид при внедрении в породы месторождения реального силла. На основании сделанных в экспериментах на модели силла наблюдений за движением флюидов и анализа реальной геологической ситуации по приведенному разрезу нам удалось приблизиться к разгадке выше отмеченных особенностей размещения рудных тел на центральном участке Покровского месторождения, а также на других участках, и сделать следующие обоснованные выводы.
1. Все обогащенные золотом рудные тела размещаются над субвулканическим силлом дацита в промежуточных зонах между его фланговыми участками и доминирующим гребневидным поднятием (рис. 1 и 2). На этих отрезках (рис. 2) длительное время существовали условия для смешивания опускающихся относительно охлажденных флюидов с подогреваемыми силлом и господствовали промежуточные температуры. При прохождении потоками зон брекчирования, повышенной трещиноватости пород и открытых полостей, давления флюида в таких наиболее проницаемых участках резко снижались, вызывая их гетерогенизацию, снижение температуры, пересыщение растворенными компонентами и отложение минералов, в том числе золота. В них формировались жильно-прожилковые зоны и штокверки.
2. Длительное пространственное сохранение установившегося режима конвекции трещинно-порового флюида, с момента внедрения в породы расплава до его полной закристаллизации на участках максимальной мощности формирующегося силла и дальнейшего его остывания до температуры вмещающих пород, обеспечивало телескопированное отложение минеральных парагенезисов всех стадий рудного процесса и накопление в рудах золота.
3. Участки месторождения над удаленными от доминирующего гребня (купола) маломощными флангами силла слабо золотоносны по причине отсутствия факторов, приводящих к пересыщениям флюида.
4. Время формирования богатого золотого оруденения на месторождении соответствовало суммарному времени кристаллизации внедрившегося расплава и остывания силла до температуры окружающих пород в ЭРГС, то есть времени существования конвективной системы. На участках рудного поля, где нет сочетания положительных экранированных структур и силла, промышленные концентрации золота разведкой не выявлены.
Из изложенного однозначно следует, что силл дацита на Покровском месторождении несомненно, являлся синрудным, рудоформирующим. Изложенные результаты исследования процесса рудообразования важны в генетическом плане и должны учитываться при прогнозировании новых рудных объектов на территориях Приамурья и других регионов со сходной геологической обстановкой и проявлениями минерализации аналогичных гидротермальных рудных формаций.
Исследования выполнены при частичной финансовой поддержке гранта ДВО РАН 12-III-A-08-183.
Рецензенты:
Сорокин А.П., д.г.-м.н., профессор, председатель, ФГБУН «Амурский научный центр» Дальневосточного отделения Российской академии наук, г. Благовещенск;
Стриха В.Е., д.г.-м.н., профессор, кафедра геологии и природопользования, ФГБОУ ВПО «Амурский государственный университет», г. Благовещенск.