Геохимическая зональность рудной залежи Ново-Учалинского колчеданного месторождения (Южный Урал, Россия)

Ново-Учалинское месторождение залегает на севере Магнитогорской (рис. 1) мегазоны Урала [6, 23]. Рудная залежь месторождения была локально преобразована в результате внедрения мощной (до 20 м) дайки габбро-диоритов и значительно — при последующем динамометаморфизме, вызванном коллизией Казахстано-Сибирского и Восточно-Европейского кратонов в раннепермское время [22]. Данные события сказались на морфологии рудного тела, текстурно-структурном облике руд, их минеральном составе, а также вызвали перераспределение компонентов руд, в т. ч. главных промышленных — Cu и Zn. Несмотря на общий слабый метаморфизм вмещающих пород, отвечающий пренит-пумпеллиитовой фации, рудное тело месторождения сильно деформировано в сжатую до сундучной антиклинальную складку, которая запрокинута на запад. В результате подземного эксплуатационно-разведочного бурения и проходки горных выработок была детализирована морфология рудной залежи [9] и уточнено распределение промышленно ценных элементов руд — Cu, Zn, благородных металлов и некоторых редких элементов, на чем сделан акцент в настоящем исследовании.

Сан-Донато стярско!

Ю.Кузнечихин!

шское

Маукское’ Карабаш'

/Учалинскс Ново-Учал уГалганское А Молодежной

Х0< Партсъезда (ельгинское/

' Баймакская группа /1 |билейное/|

7 v Александрийское 'Сибайское

Сафьяновское

Екетеринбур!

56°с.ш.-

Подольское

60°в.д.

Октябрьское

Гайское

Уфа

° у>

Рис. 1. Схематическая карта расположения колчеданных месторождений Среднего и Южного Урала с указанием позиции исследуемого месторождения

Штриховками показаны колчеданоносные зоны: вертикальной — Тагильская (O3-S1), косой — Магнитогорская (D1-2). Знаки для месторождений: кружки залитые — Cu-Zn, с крестиком — колчеданно-полиметаллические, квадрат — Cu-Co.

Величина знака пропорциональна запасам руд (по [3])

Fig. 1. Schematic map of the location of VMS deposits in the Middle and Southern Urals, indicating the position of the studied deposit

Hatching shows VMS-bearing zones: vertical — Tagil (O3-S1), oblique — Magnitogorsk (D1-2). Signs for deposits: filled circles — Cu-Zn, with a cross — VMS-polymetallic, square — Cu-Co. The value of the sign is proportional to the ore reserves (to [3])

Геологическая позиция

Ново-Учалинское медно-цинково-колчеданное (CZn>>CCu) месторождение, одно из крупнейших в мире, находится в Учалинском районе Башкирии. Запасы его ~ 120 млн т руды, Cu — 1.1 млн т (Сср. = 0.99 мас. %), Zn — 3 млн т (2.95 %), Au — 181 т (1.7 г/т), Ag — 2912 т (26 г/т) (по балансу [7] плюс ~ 5 млн т руды, отработанной за 2018—2021 гг.). Рудная залежь представлена крупной крутопадающей слепой залежью сложной, в целом линзовидной формы (≈ утолщенная лента), локализованной на глубинах 550—1500 м с постепенным склонением к югу. Разрез месторождения представлен преимущественно риодацитами, по которым развиты серицит-кварцевые метасоматиты, преимущественно в лежачем боку рудной залежи [5]. Сверху залежь перекрыта мощной толщей базальтов. Обе толщи входят в состав карамалыташской свиты (D2ef). Субвулканические и интрузивные образования месторождения представлены лакколитоподобными телами риодацитов, силлом долеритов, маломощными дайками микрогаббро и мощной поздней дайкой габбро-диоритов (рис. 2).

Материалы и методы исследования

Для анализа геохимической зональности была собрана обширная база данных (6580 рядовых проб руд) опробования. Были проведены геостатистические расчеты с целью стандартизации логнормального одномодального распределения Cu и Zn. Для серии поперечных разрезов были построены схемы гипогенной зональности, в работе приведены два из них. Также была проведена корреляция редких элементов с главными полезными компонентами (табл. 1).

Результаты

Рудная залежь характеризуется сложным, прихотливым строением. Существенную часть месторождения слагают сплошные руды, а вкрапленные (~ 8 об. % всех руд) встречаются локально в лежачем боку. Разрез ПР 33Ю представлен существенно медными рудами, а ПР 34Ю+40 — существенно цинковыми (рис. 3). Серноколчеданные и вкрапленные руды преимущественно слагают нижнюю выклинку залежи, встречаются их локальные участки в лежачем боку и участке перегиба складки (рис. 3, а). Выше по разрезу залегают медные и медно-цинковые руды — центральная часть и висячий бок рудного тела, а цинковые тяготеют к участку перегиба складки. На другом профиле (рис. 3, б) медные руды залегают локально: вкрапленные слагают нижнюю выклинку, а сплошные встречаются в лежачем боку и в участках близ контакта с дайками. Данный разрез слагают в основном мед-но-цинковые руды с высокими содержаниями цинка. В целом зональность залежи является комбинированной (ср. [2]).

На более северном разрезе Cu в целом тяготеет к лежачему боку залежи, а Zn — к висячему (рис. 4). Максимумы меди и цинка разобщены в пределах рудной залежи, и если рассматривать ее основную часть (без нижней «выклинки»), то в целом Cu и Zn распределены близсимметрично. Высокие концентрации Cu связаны с сильным раздувом залежи, а локальные мак-

Рис. 2. Поперечные геологические разрезы: а — северной (ПР 33^Ю) и б — средней (ПР 34^Ю+40) частей залежи. Учтены данные разведки Межозерной ГРП, Учалинского филиала Башкиргеологии и Учалинского ГОКа

Условные обозначения: 1 — базальты; 2 — преимущественно туфы базальтов; 3 — долериты; 4 — серицит-кварцевые мета-соматиты; 5 — дайки: а — габбро-диоритов, б — микрогаббро; 6 — контур рудного тела; 7 — скважина, ее номер и глубина, включая спроецированные из соседних разрезов (пунктир); 8 — горные выработки; 9 — точки отбора проб керна

Fig. 2. Cross–section: а — in the northern (profile 33) and b — in the middle (profile 34⁺⁴⁰) part of the deposit. Exploration data from Mezhozernaya geological prospecting party, Uchaly branch of Bashkirgeology and the Uchaly MPP were taken into account

Legend: 1 — basalts; 2 — mostly basalt tuffs; 3 — dolerites; 4 — sericite-quartz alteration; 5 — dikes: a — gabbro-diorites, b — microgabbro; 6 — ore body; 7 — borehole its number and depth, including projected from neighboring sections (dashed line); 8 — mine workings; 9 — core sampling points

Таблица 1. Матрица парных корреляций рудообразующих элементов в рудах (6580 проб)

Table 1. Matrix of pair correlations of ore-forming elements in ores (6580 samples)

	Cu	Zn	S	Au	Ag	Se	Te	In	Cd	Ge	Hg	As	Ba	Pb	Sb
Cu	1
Zn	-0.36	1
S	0.32	-0.21	1
Au	-0.10	0.57	-0.07	1
Ag	-0.25	0.65	-0.19	0.74	1
Se	0.58	-0.53	0.37	-0.34	-0.37	1
Te	0.57	-0.49	0.37	-0.19	-0.33	0.75	1
In	-0.06	0.65	-0.06	0.63	0.59	-0.38	-0.28	1
Cd	-0.34	0.91	-0.16	0.58	0.65	-0.50	-0.51	0.63	1
Ge	-0.17	0.52	-0.47	0.31	0.33	-0.35	-0.20	0.43	0.43	1
Hg	-0.42	0.74	-0.19	0.46	0.53	-0.52	-0.44	0.50	0.67	0.42	1
As	-0.12	0.26	0.10	0.43	0.33	-0.16	-0.20	0.34	0.28	0.17	0.29	1
Ba	-0.39	0.78	-0.28	0.60	0.70	-0.52	-0.54	0.55	0.76	0.39	0.62	0.29	1
Pb	-0.34	0.66	-0.18	0.50	0.67	-0.36	-0.43	0.36	0.71	0.25	0.51	0.34	0.74	1
Sb	-0.08	0.16	-0.06	0.27	0.42	-0.06	-0.08	0.17	0.15	0.11	0.16	0.25	0.24	0.25	1

Рис. 3. Схема распределения промышленных сортов руды по профилям в северной (ПР 33^Ю, слева) и средней (ПР 34^Ю+40, справа) частях месторождения; составлена по данным опробования УГОК и частично по данным авторов

Промышленные сорта руды: сплошные: 1 — медно-цинково-колчеданные, 2 — медно-колчеданные, 3 — цинково-колчеданные, 4 — серно-колчеданные; вкрапленные: 5 — медно-цинковые, 6 — медные, 7 — цинковые; остальные знаки — см. рис. 2

Fig. 3. Scheme of zonality of ore industrial grades by profiles in the northern (profile 33^Ю, on the left) and middle (profile 34^Ю+40, on the right) parts of the deposit; compiled according to the sampling data of the Uchaly MPP and partially — according to the data of the authors

Industrial grades of ore: solid (massive): 1 — copper-zinc-sulfide, 2 — copper-sulfide, 3 — zinc-sulfide, 4 — sulfur-sulfide; disseminated: 5 — copper-zinc, 6 — copper, 7 — zinc; other signs — see Fig. 2

симумы тяготеют к висячему боку и участкам близ контакта с мощной дайкой габбро-диоритов (рис. 4). Максимум цинка отмечается в осевой, центральной части рудного тела, и один его локальный максимум тяготеет к участку изгиба складки на уровне –320… –340 м. Распределение Au и In в целом имеет неправильный характер. Их высокие концентрации также приурочены к изгибу складки, а небольшие максимумы индия тяготеют к лежачему боку. С медью совпадают зоны высоких концентраций Te (более 120 г/т), Se (более 90 г/т), Bi (20—30 г/т) и Co (100—220 г/т), что также подтверждается их высокой положительной корреляцией (табл. 1). В рудах близ контакта с дайкой габбро-диоритов появляются кварцевые прожилки с крупными скоплениями мономинеральных агрегатов халькопирита и блеклой руды (руды здесь местами обогащены Cu и Bi), которые, вероятно, были переотложены с участием гидротермальных растворов в результате теплового воздействия дайки.

Разрез центральной части залежи (рис. 5) слагают существенно цинковые руды, высокие содержания Zn тяготеют к мощному раздуву залежи в призамковой части складки 2-го порядка (на уровне отметок –320…–400 м). Кроме того, в этом призамковом участке складки наблюдается повышение содержаний Au, Ag, Pb, As, Sb, Ba, In, Ge, Hg и Cd, т. о. формируется полиметаллический рудный «столб». Близость поведения элементов в рудах подтверждается в целом высокой положительной парной корреляцией. Зональность залежи на данном профиле имеет асимметричный характер, максимумы меди встречаются локально. Высокие содержания Au сконцентрированы в участке раздува мощности, а максимумы тяготеют к призамковой части складки и участку ее перегиба на глубоких горизонтах. Распределение индия в целом имеет близкий Au характер с образованием мощной зоны обогащения в призамковой части резкого изгиба залежи.

о с

й

3 и

\О к?

Csl

С<Г

■^

о

ОС

о

о со оГ о

О ^н

м

> 3; In, g/t: 1 — < 3, 2 — 3—5, 3 — 5—10, 4 — 10—20, 5 — 20—40, 6 — >

г<Г ?

оГ

1>О

7 ^t о со

^г о

to the data of the authors. Cu, wt %: 1 — < 0.4, 2 — 0.4—1, 3 — 1—2, 4 — > 2; Zn, wt %: 1 — < 0.5, 2 — 0.5—1, 3 — 1—2, 4 — 2—4, 5 — 4—8, 6 — > 8; Au, ppm: 1 — < 0.2; 2 0.2—0.5; 3 — 0.5—1; 4 — 1—2; 5 — 2—3; 6 — > 3; In, g/t: 1 — < 3, 2 — 3—5, 3 — 5—10, 4 — 10—20, 5 — 20—40, 6 — > 40

Цинк имеет высокую положительную корреляцию с золотом и серебром (табл. 1), что отличает руды Учалинского района от руд остального Урала [3]. В минеральном составе руд полиметаллического «столба» резко преобладают сфалерит, блеклая руда, галенит и барит. Макроскопически руды имеют полосчатую, реже пятнистую текстуру, сфалерит образует локальные участки сливных цинковых руд. В ассоциации с вышеупомянутыми сульфидами здесь появляются будинированные перекристаллизованные агрегаты пирита, содержащие включения низкопробного самородного золота размером от 2 до 20 мкм. Нередко встречаются мелкие выделения (2—3 мкм) Ag-сульфосолей, мелкие (3—5 мкм) включения касситерита в сфалерите. Руды, слагающие данный участок залежи, значительно преобразованы (хрупкие деформации пирита, появление альпийских прожилков), вплоть до появления признаков пластического течения сульфидов, в которое вовлечены сфалерит, галенит и блеклая руда. В результате анализа серии проб с помощью метода ICP-MS в групповой пробе таких существенно цинковых руд (СCu = 2.4 %, СZn= 24.5 %), богатых Au (6.4 г/т) и Ag (260 г/т), были установлены Pt (0.02 г/т) и Pd (0.02 г/т).

Обсуждение результатов

Схемы распределения Cu, Zn, Au и In указывают на сложную геохимическую зональность рудной залежи, которая может быть отнесена к комбинированному типу [1, 8], поскольку включает элементы первичного, сингенетического, асимметричного распределения и наложенного, вероятнее всего метаморфогенного. По авторитетному мнению Г. Н. Пшеничного и др. [6], асимметричное распределение элементов является результатом формирования первичных колчеданных руд гидротермально-метасоматическим способом [2, 8].

В целом, судя по приведенным разрезам (рис. 4 и 5), а также многим другим, имеющимся у авторов, элементы первичной асимметричной геохимической зональности прослеживаются в распределении Cu (тяготеет к лежачему боку) и Zn (максимумы в стратиграфически висячем боку). А наложенная, эпигенетическая обусловлена как участием рудной залежи в складчатости, так и внедрением большого количества даек (включая мощные) с общим усложнением картин распределения основных и попутных компонентов руд.

Усложнение зональности с частичным перераспределением химических элементов было обусловлено, вероятнее всего, более поздними процессами. Мощные раздувы, резкие пережимы мощности рудного тела (pinch-and-swell структуры), а также его разлинзование являются следствием механического перемещения рудного вещества вязкопластическим способом [10]. Внедрение мощной дайки габбро-диоритов вызвало локальное перераспределение наиболее мобильных меди и висмута в результате теплового воздействия [ср. 3, 4]. Признаки эпигенетического перераспределения меди в замковую часть складки можно объяснить наложением метаморфической ремобилизации с концентрированным переотложением Cu в зоны палеорастяжения [3, 10]; в нашем случае Cu зачастую перераспределялась совместно с Sb и As, образуя поздние скопления блеклой руды. По нашему мнению, первичная зональность рудной залежи была осложнена вторичной, по сути метаморфогенной, в результате складчатости и метаморфических преобразований, что отвечает многочисленным примерам и предположениям целого ряда авторов, как отечественных [1, 3, 10, 12, 23], так и зарубежных [11, 13—21, 24—26], о синметамор-фическом переотложении металлов в колчеданных залежах.

Выводы

• •    Рудная залежь характеризуется сложной зональностью, относящейся к комбинированному типу; включает элементы первично асимметричной и наложенной метаморфогенной зональности.

• •    Механическое перемещение полиметаллических руд в участок перегиба, гидротермально-диффузионное перераспределение элементов способствовали обогащению этой части залежи Zn, Ba, Au, Ag и некоторыми микроэлементами.

• •    Более мобильные Cu, Bi в результате теплового воздействия мощной дайки габбро-диоритов переотлагались близ контакта с ней.

• •    Динамометаморфизм способствовал ремобилизации Cu, As и Sb и переотложению их в виде поздних скоплений халькопирита и блеклой руды.

• •    В результате складчатости и метаморфических преобразований первичная зональность рудной залежи была осложнена вторичной, по сути метаморфо-генной.

Исследования выполнены за счет средств госпро-граммы Российской Федерации «Фундаментальные проблемы развития минерально-сырьевой базы высокотехнологичной промышленности и энергетики России» 2020— 2022 гг., проект № 2020-1902-01-258, полевые работы проведены при поддержке РФФИ (20-05-00849 А) и базовой темы ИГЕМ РАН.