Самородное золото и флюидный режим формирования рудоносных пород проявления Раялампи (Хаутаваарская структура, Южная Карелия)

Золоторудные проявления Карелии на протяжении последних 30 лет привлекают особое внимание исследователей высоким рудным потенциалом и близким расположением к научным и производственным центрам западной части России.

По аналогии с другими докембрийскими щитами наибольший интерес вызывают объекты, расположенные в зеленокаменных поясах. При этом основная часть таких месторождений по классификации, предложенной Д. Гровсом [18], относится к орогенному и связанному с интрузивами генетическим типам.

Хаутаваарская зеленокаменная структура находится на юге Балтийского щита, в 80 км к западу от г. Петрозаводска. В её центральной части известна группа золоторудных проявлений (Центральное, Раялампи и др.) (рис.1, a), генезис которых является предметом дискуссий: их относят к орогенному, порфировому или связанному с интрузивами типам [3, 6, 12]. Нами предложена гипотеза [3], согласно которой Au-Bi-оруденение одного из наиболее перспективных проявлений, Раялампи, соответствует типу месторождений, связанных с интрузивами.

Настоящее исследование направлено на выяснение детальных характеристик самородного золота Раялампи и установление физико-химических параметров флюидного режима формирования рудоносных пород для подтверждения предложенного генетического типа оруденения.

Ðèñ. 1. Геологическое строение и золоторудные проявления центральной части Хаутаваарской зеленокаменной структуры: а — схема геологического строения центральной части Хаутаваарской структуры, составлена по [6, 13] с использованием данных Карельской экспедиции; b — схема геологического строения района рудопроявления Раялампи [3]: 1—5 — вулканогенноосадочные толщи хаутаваарской серии: 1 — андезиты, дациты и их туфы (AR₂vt), 2 — долеритовые порфириты, амфиболиты, амфибол-плагиоклазовые сланцы (AR₂lh), 3 — базальты, андезиты, дациты, риолиты и их туфы, чередующиеся с аренит-сили-цитами, графитистыми алевролитами и серно-колчеданными рудами (AR₂ka), 4 — долеритовые порфириты и амфиболиты (AR₂kn), 5 — туфы, кварц-слюдяные и графитистые слюдяно-кварцевые сланцы, метапесчаники (AR₂us); 6—9 — интрузивные комплексы: 6 — габбро-долериты, габбро-амфиболиты, феррогаббро (виетукалампинский AR₂v); 7 — гипербазиты (хюр-сюльский AR₂h); 8 — граниты, гранитогнейсы (шуйский AR₂s); 9 — граносиениты, монцограниты, монцогаббро, монцогра-ниты (хаутаваарский AR₂ht); 10 — разрывные нарушения; 11 — зоны рассланцевания; 12 — рудопроявления и пункты проявления золотой минерализации

Fig. 1. Geological settings and gold ore occurrences of the central part of the Hautavaara greenstone structure: a — geological map of the central part of the Hautavaara structure, compiled according to [12], using data from the Karelian expedition and [6]; b — geological map of the Rajalampi occurrence area [3]: 1—5 — volcanic—sedimentary rocks of the hautavaara complex: 1 — andesites, dacites and their tuffs (AR₂vt), 2 — dolerite porphyrites, amphibolites, amphibole—plagioclase shales (AR₂lh), 3 — dacites, rhyolites and their tuffs, layering with arenitic silicites, graphite siltstone and pyryte ores (AR₂ka), 4 — dolerite porphyrites and amphibolites (AR₂kn), 5 — tuffs, quartz—mica and graphite , metasandstones (AR₂us); 6—9 — intrusive complexes: 6 — gabbro—dolerites, gabbro—amphibolites, ferrogabbro (Vietukalampinskij AR₂v); 7 — ultramafites (Hyursylskij AR₂h); 8 — granites, granite gneisses (Shuiskij AR₂s); 9 — granosy-enites, monzogranites, monzogabbro, monzogranites (Hautavaarskij AR₂ht); 10 — faults; 11 — shear-zones, 12 — gold ore occurrences and points of gold mineralization

Геологическая характеристика рудопроявления Раялампи

Хаутаваарская зеленокаменная структура образована верхнеархейскими вулканогенно-осадочными толщами хаутаваарской серии (базальт-андезит-дацит-риолитовые и коматиит-базальтовые ассоциации) и прорывающими их интрузивными комплексами (рис. 1, a). В осевой части структуры расположен Хаутаваарский дифференцированный массив (2.73— 2.74 млрд лет [12, 16]), дайковые тела гипербазитов и базитов (2914 ± 9 млн лет [9]).

Хаутаваарский массив сложен двумя магматическими фазами: ранней, включающей монцогаббро и монцодиориты, развитые в эндоконтакте, и поздней — с граносиенитами и монцогранитами, слагающими большую часть массива [5].

Тектоническое строение структуры определяют архейские разломы субмеридионального простирания и более поздние, поперечные к ним системы сбросов и сбрососдвигов. К зонам разрывных нарушений северозападного простирания приурочены рудопроявления золота, расположенные в краевых частях структуры — Хюрсюля, Коруд, Новые Пески, 77-ЮК [8] (рис. 1, a).

Отдельную группу образуют проявления центральной части зеленокаменной структуры, расположенные в эндо- и экзоконтактовых зонах Хаутаваарского массива — Центральное, Северное, Хаутаваарское-Молибденовое, Виетуккалампи, Раялампи (рис. 1, a). Геологическое строение, гидротермально-метасоматические и рудно-минеральные ассоциации этих проявлений отражают влияние как самого дифференцированного массива, так и систем рассланцевания, развитых в его приконтактовых зонах [2, 3].

Рудопроявление Раялампи расположено в южном экзоконтакте Хаутаваарского массива в зоне развития систем рассланцевания северо-восточного и северо-западного (70 и 310° соответственно) простирания, секущих дайковое тело феррогаббро и вмещающие метаморфизованные вулканогенно-осадочные толщи (рис. 1, b).

В пределах рудопроявления наблюдается последовательная смена кварц-калишпатовых, эпидот-пропилитовых и карбонат-хлорит-кварцевых / кар-бонат-серицит-кварцевых метасоматитов. Первые две ассоциации пространственно связаны с породами Хаутаваарского массива и зафиксированы только в его ближайшем контакте, что с учетом минерального состава позволяет относить их к плутоногенной формации. Карбонатсодержащие (более поздние) ассоциации, приуроченные к разрывным нарушениям и проявленные в пределах всей Хаутаваарской структуры, отнесены нами к тектоногенной формации [2].

На данном этапе исследований рудопроявление разделяют на 2 участка проявления золотой минерализации — Восточное и Западное Раялампи [7].

На участке Восточное Раялампи золотовисмутовая минерализация обнаружена в контактовой части дай-кового тела феррогаббро, подвергшегося эпидотовой пропилитизации. Рудная минерализация приурочена к маломощным прожилкам (от 1 до 10 мм) в которых преобладает мелко- и среднезернистый серый кварц. Золото ассоциирует с минералами висмута и теллура, халькопиритом, пиритом. Проба золота колеблется от 893 до 975 ‰, в среднем 949 ‰ (n = 30). Содержание Au в ядерной части рудной зоны (по данным штуф-ного опробования) колеблется от 5.6 [3] до 128 г/т [7].

Западное Раялампи представляет собой зону развития золотосодержащей пирит-арсенопиритовой минерализации в феррогаббро, подвергшихся серицит-квар-цевым изменениям. Рудоконтролирующей структурой является зона рассланцевания северо-западного простирания, рудная минерализация приурочена к тонким (до 2 см) кварцевым прожилкам, выполненным мелкозернистым светло-серым кварцем. Тонкодисперсное золото (1–4 мкм) встречается в арсенопирите, его проба колеблется от 667 до 949 ‰, преобладает относительно низкопробное и умеренно высокопробное золото (770— 880 ‰). Cодержание Au в центральной части зоны рас-сланцевания составляет 0.2—1.9 г/т [7].

На Западном и Восточном Раялампи, в узлах пересечения систем трещин 310 и 70° формируется позднее золото-серебро-полиметаллическое оруденение, приуроченное к участкам развития карбонат-хлорит-кварцевой гидротермально-метасоматической ассоциации. Благороднометалльная минерализация представлена микровключениями минералов Au-Ag-Te-Se (электрум, аргентопентландит, гессит, акантит и др.), которые ассоциируют с галенитом, пентландитом, сфалеритом, кобальтином и частично замещают предшествующие парагенезисы [3].

Золотовисмутовое оруденение Восточного Раяла-мпи по своим характеристикам сопоставимо с оруденением месторождений, связанных с интрузивами. На это указывает его пространственная связь с породами Хаутаваарского массива, зональное строение и состав ореолов метасоматических изменений, а также ассоциация высокопробного золота с самородным висмутом и висмутсодержащими минералами.

Золото-серебро-полиметаллическое оруденение, выявленное на Восточном и Западном Раялампи, проявляет типичные признаки орогенных объектов докембрийских зеленокаменных поясов: определяющим рудоконтролирующим фактором является расположение в пределах зоны рассланцевания; оруденение сопровождается карбонатсодержащими метасоматитами; низкопробное золото ассоциирует с сульфидами As, Co, Pb, Zn и минералами Ag-Te-Se.

Образцы и методы

Характеристики флюидных включений кварца рудоносных пород Раялампи изучались в двусторонне полированных пластинках с помощью светового микроскопа Leica DM2700 P (Санкт-Петербургский горный университет), термокриометрической установки Linkam THMSG 600 и микроскопа Olympus BX51 (Институт геологии и геохронологии докембрия РАН, г. Санкт-Петербург).

Солёность и плотность растворов флюидных включений рассчитывалась по температурам плавления льда и растворения кристалла галита с помощью программного пакета Fluids [14]. Состав водной фазы флюидных включений определялся по температуре эвтектики согласно методике, предложенной А. С. Борисенко [1].

Для изучения характеристик самородного золота Раялампи из протолочек штуфных проб рудоносных пород была отобрана монофракция золота, состоящая из 218 зерен (минералогическая группа ИГГД РАН, аналитик Г. В. Платонова). С помощью оптического микроскопа Leica EZ4D (Санкт-Петербургский горный университет) золотины были детально описаны и сфотографированы. Изучение их химического состава и минерального состава сростков проводилось на сканирующем электронном микроскопе Hitachi S 3400 N, оснащенном приставкой энергодисперсионного микроанализа OXFORD в ресурсном центре Научного парка СПбГУ «Геомодель» (аналитик Н. С. Власенко).

Полученные результаты

Самородное золото Раялампи

Самородное золото получено из рудоносных пород Восточного Раялампи. Размер выделенных частиц колеблется от 0.05 до 0.5 мм (n = 218), преобладает (более 70 % зёрен) тонкое золото (до 0.1 мм).

Зерна всех фракций окрашены в золотисто-желтый цвет, с редкими буроватыми включениями ассоциирующих минералов. Основной объем золотин тонкой фракции представлен комковидными (75 %) и ксеноморфными (20 %) зернами, встречаются единичные кубические кристаллы и их агрегаты (5 %). Среди более крупных частиц преобладают изометричные и пластинчатые зерна с неровной мелкоступенчатой поверхностью (60 %), встречаются также комковидные индивиды с крючковатыми загибами и уплощенными отростками, поверхность которых покрыта мелкими изометричны-ми выступами и бугорками (40 %) (рис. 2). Большинство выделенных форм соответствует прожилково-трещин-ному морфогенетическому типу [10].

Золото характеризуется высокой пробой (от 934 до 964 ‰, в среднем 948 ‰, n = 107) (рис. 3) и уменьшением примеси Ag в краевых участках зёрен. При этом проба 11

,    0.5 mm , v е ^«'Ш <*.е * «tf * *» ^ • # *#f«i»#,‘ '•♦*•<> м • * ^ * > е ^ t * • ®

Рис. 2. Морфология самородного золота рудопроявления Восточное Раялампи

Fig. 2. The gold grains morphology of the East Rajalampi occurrence

Рис. 3. Гистограмма распределения пробы золота, n = 107

Fig. 3. The grade histogram of the East Rajalampi gold золота не зависит от его формы, что так же, как и форма зерен, свидетельствует об определяющей роли морфологии трещинных пустот в процессе кристаллизации.

Золото образует срастания с кварцем, сульфидами и минералами висмутотеллуридной ассоциации (рис. 4). В изученной монофракции наиболее распространена ассоциация золота с теллурожозеитом Bi4TeS2 и тетрадимитом Bi2Te2S (табл. 1).

Флюидные включения

Образцы для исследования флюидных включений были изготовлены из кварца рудоносных пород Западного и Восточного Раялампи, насыщенного многочисленными минеральными и флюидными включениями. Ранняя генерация кварца представлена мелко- и среднезернистым агрегатом от белого до серого цвета, характеризующимся волновым погасанием и гранобластовой структурой. Поздней генерации соответствует мелкозернистый светло-серый и прозрачно- 12

белый кварц, не несущий следов перекристаллизации. В ядерных частях рудных зон преобладают включения, размер которых не превышает 3 мкм. По соотношению и характеристикам фаз при комнатной температуре их можно разделить на следующие типы:

• 1    — двухфазовые газово-жидкие, 2 — трехфазовые галитсодержащие газово-жидкие, 3 — водно-углекис-лотные и 4 — однофазовые газовые и жидкие (рис. 5).

Выделенные типы включений соответствуют первично-вторичным и вторичным флюидным парагенезисам согласно критериям, предложенным Э. Рёдером [11]. Следует отметить, что для большинства докембрийских золоторудных объектов характерно многоэтапное развитие жильных систем, поэтому чаще всего именно первично-вторичные и вторичные флюидные включения являются основными источниками информации о составе рудоносного флюида [20].

Для термокриометрических исследований использовались относительно редкие флюидные включения, размер которых превышал 4 мкм, что обеспечивало достоверность и воспроизводимость данных (табл. 2).

Включения 1-го типа (двухфазовые газово-жидкие) зафиксированы во всех изученных пластинках. Это ромбовидные или округлые включения, реже формы отрицательного кристалла, размером до 12 мкм (рис. 5, a). По характеру распределения и микротермометрическим характеристикам их можно разделить на 2 группы:

1а — единичные включения или их группы, не пересекающие границы кварцевых зерен, с температурами гомогенизации до 337 °С, содержащие газовую фазу и слабосоленый водный раствор (до 9.2 мас. %-экв. NaCl), в составе которого определен хлорид магния;

1b — цепочки включений, приуроченные к системам трещин, в большинстве случаев также не выходящих за границы зёрен кварца. Отличаются от 1a более низкими температурами гомогенизации (до 195 °С) и меньшей концентрацией солей в растворе (до 5.2 мас. %-экв. NaCl) [4].

Рис. 4. Карты распределения химических элементов в самородном золоте Восточного Раялампи (по данным энергодисперсионного анализа)

Fig. 4. Maps of the chemical elements distribution in the native gold of East Rajalampi (according to energy dispersive analysis)

Таблица 1. Состав висмутовых минералов, образующих сростки с самородным золотом Восточного Раялампи (по данным энергодисперсионного анализа, мас. %, сумма приведена к 100 %)

Table 1. Composition of bismuth minerals identified in intergrowths with native gold, East Rajalampi (according to energy dispersive analysis, wt.%, amount equated to 100 %)

Минерал / Mineral	Bi	Теллурожозеит / Tellurojoseite Bi4TeS2							Тетрадимит Tetradimite Bi2Te2S
Зерно / Grain	22	5	7	19	22	23	23	28	8	29
Ag	0.22		0.32	0.24	0.21	0.26	0.31	0.20	0.26	0.19
Au					0.34
Bi	99.78	73.97	72.29	74.88	76.09	74.74	75.72	74.70	61.22	59.58
Te		23.40	24.24	22.20	20.30	22.39	20.95	22.02	33.66	35.55
S		2.63	3.15	2.67	3.06	2.61	3.02	3.08	4.86	4.68

Включения 2-го типа (трёхфазовые галитсодержа-щие газово-жидкие) отмечены только в двух пластинках Восточного и одной пластинке Западного Раялампи. Это единичные полигональные, изометричные, реже округлые трехфазовые включения размером до 10 мкм, расположенные в краевых частях кварцевых зерен (рис. 5, b). Они имеют температуру гомогенизации до 339 °С. В жидкой фазе включений, вероятно, присутствуют хлориды лития с примесями других солей. Концентрация солей в растворе рассчитана по температуре растворения кристалла галита и составляет 37.2—40.0 мас. %-экв. NaCl.

Темноокрашенные водно-углекислотные включения 3-го типа зафиксированы практически во всех изученных пластинках. Это изометричные, овальные включения, которые образуют цепочки и скопления, приуроченные преимущественно к трещинам, пересекающим зерна кварца (рис. 5, с). Они имеют температуру гомогенизации до 264 °С, гомогенизация происходит в газовую фазу. По визуальной оценке водная фаза занимает в них не более 10 % от общего объема вакуоли, размер включений колеблется от 2 до 9 мкм (преобладают включения меньше 5 мкм). В составе включений доминирует CO2, температура эвтектики от –60.0 до –57.0 °С указывает на примесь других газов, гомогенизация углекислоты отмечена в интервале 5—27 °С (в жидкую фазу).

Таблица 2. Результаты микротермометрических исследований флюидных включений в кварце рудопроявления Раялампи

Table 2. The results of the thermocryometric studies of fluid inclusions in quartz of the Rajalampi ore occurence

Типы включений Types of inclusions	Количество включений Number of inclusions	Т гом, °С	Т эвт, °С	Т пл. л., °С	Соленость, мас.% экв. NaCl, Salinity	Плотность, г/см3 Density, g/cm3
1а	21 — I 5 — II	288—337	–34—31	–6.1—5.3	7.9—9.2	0.74—0.83
1b	6 — I 14 — II	154—195	–35—32	–0.1—3.7*	0.2—5.2	0.88—0.94
2	9 — I 2 — II	290—339 206—237**	–73—63	–46.5—34	37.2—40.0	1.01—1.06
3	7 — I 10 — II	171—264 5—27***	–57—60	—	—	0.94—1.01

Примечание: I — Восточное Раялампи, II — Западное Раялампи; * низкие температуры плавления, возможно, связаны с присутствием в отдельных случаях газогидратов, что могло послужить причиной занижения значений солености; ** — температура растворения кристалла галита; *** — температура гомогенизации CO₂; прочерк — исследования не проводились.

Note: I — East Rajalampi, II — West Rajalampi; * in some cases low ice melting temperatures may indicate gas hydrates presence, which could cause a decrease of salinity values; ** — halite melting temperature; *** — CO₂ homogenization temperature; dash — no measurements.

Рис. 5. Типы флюидных включений в кварце рудопроявления Раялампи: 1a — двухфазовые газово-жидкие включения 1 типа; 2b — трехфазовые галит-содержащие газово-жидкие включения 2 типа; 3, c — водно-углекислотные включения

Fig. 5. Fluid inclusions types in quartz of the Rajalampi occurrence. 1a — two-phase gas-liquid inclusions of type 1; 2b — three-phase halite-bearing gas-liquid inclusions of type 2; 3, c — water-carbon dioxide inclusions

4-й тип представлен однофазовыми газовыми и жидкими включениями размером до 3 мкм, образующими цепочки и скопления, приуроченные к поздним системам трещин. Исследование термокриометри-ческих характристик включений этого типа не проводилось вследствие их малых размеров и предполагаемого отсутствия связи с оруденением.

Обсуждение результатов и выводы

На проявлении Раялампи выделяется 2 этапа формирования золотой минерализации: золотовисмутовый, зафиксированный только на Восточном участке, и золотополиметаллический, проявленный в пределах всего рудопроявления.

Полученные результаты исследования самородного золота и флюидных включений кварца рудоносных пород Восточного и Западного Раялампи позволяют сделать следующие выводы.

• 1.    Золотовисмутовый этап является наиболее продуктивным и сопровождается образованием высокопробного золота (от 934 до 964 ‰, в среднем 948 ‰) размером до 0.5 мм. Морфологические особенности золотин указывают на определяющую роль трещинных пустот в процессе их формирования. Золото в изученной монофракции чаще всего образует срастания с теллурожозеитом Bi₄TeS₂ и тетрадимитом Bi₂Te₂S. Эти данные свидетельствуют в пользу предложенной нами ранее гипотезы [3] о возможном осаждении золота совместно с высокотемпературными висмутовыми соединениями (например, AuBi₂) в ходе охлаждения флюида, источником которого могли выступать поздние фазы Хаутаваарского массива.

• 2.    Присутствие трехфазовых включений, содержащих высокосоленый флюид (до 40 мас. %-экв. NaCl), в кварце рудоносных пород Раялампи подтверждает гипотезу о магматической природе рудоносного флюида. Подобные включения характерны для месторождений золота, связанных с интрузивами [17, 19].

• 3.    Переход от слабосоленого, содержащего углекислоту и хлорид магния, водного флюида к высокосолёному водному, а затем к водно-углекислотному флюиду свидетельствует о многоэтапной эволюции флюидного режима формирования рудоносных пород Раялампи. Такой тренд изменения характеристик флюида (флюидов) мог явиться результатом последовательного поступления эволюционирующего флюида магматического происхождения и/или смешения двух и более флюидов различной природы.

Орогенные месторождения характеризуются обилием углекислотных включений, сопровождающих рудоносный этап [15, 20]. Подобные включения зафиксированы во всех исследованных пластинках, наибольшее распространение они имеют в кварце ядерной части зоны рассланцевания проявления Западное Раялампи. Этот факт согласуется с предположением о соответствии поздней золотосодержащей минерализации орогенному типу оруденения.

Авторы признательны к. г.-м. н. Я. Ю. Бушуеву (Санкт-Петербургский горный университет) за консультации и помощь в проведении исследований самородного золота.

Термокриометрические исследования флюидных включений выполнены в рамках НИР лаборатории флюидных процессов ИГГД РАН. Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-35-00447.