Удоканское серебро-медное месторождение

Удоканское месторождение представляет тип медистых песчаников и залегает на верхнем стратиграфическом уровне мощного (до 12 км) раннепротерозойского удоканского карбонатно-терригенного формационного комплекса, вьшолняющего Кодаро-Удоканский прогиб или одноименную структурно-формационную зону (Северное Забайкалье). Медная минерализация стратиформного типа приурочена к отложениям верхней сакуканской подсвиты, перекрытой завершающей комплекс аргиллит-алевролитовой толщей свиты намингу (рис. ). Пачка меденосных отложений занимает примерно среднюю часть подсвиты, подстилается подрудной и перекрывается надрудной толщами преобладающе кварцитовидных песчаников.

Отложения смяты в брахисинклинальную складку, удлиненную в северо-­западном направлении, с опрокинутым юго-западным крылом. Северо-восточное и юго-западное крылья в центральной части складки падают на юго-запад под углами 30–60°. Мощность верхнесакуканской подсвиты в северо-восточном крыле достигает 800 метров, в юго-западном крыле уменьшается до 200–450 метров. Мощность рудной толщи (пачки) изменяется от 260–700 метров (северо-восточное крыло) до 40–200 метров (юго-западное крыло) (Геологические . . ., 1999).

На севере и юге в непосредственной близости от месторождения песчанистые отложения подстилающих нижне-средне-сакуканской подсвит прорваны гранитоидными интрузиями раннепротерозойского кодарского и палеозойского комплексов – соответственно Кеменским и Ингамакитским плутонами. Слагающие брахисинклиналь осадочные толщи и стратиформные рудные залежи в них пересекаются также мощными (до многих десятков метров) и протяженными (до многих километров) дайками долеритов и лампрофиров. а также редкими незначительными по размерам кальцитовыми и кварцевыми жилами, в участках пересечения рудных залежей, особенно вблизи даек, содержащими те же, что и в рудных телах, сульфиды.

В составе рудной толщи выделено несколько литолого-фациальных типов отложений: фация песчаных, алевритовых и пелитовых осадков прибрежно-морского мелководья; фация песчано-галечных отложений активных донных потоков прибрежной зоны моря; фация песчаных, алевритовых осадков подводной дельты: фация алевритовых, пелитовых, реже песчаных осадков лагун.

Рис. Геологический план и разрезы Удоканского месторождения по В.С. Чечеткину и др., 2002 г.

1 – четвертичные аллювиальные и ледниковые отложения; 2 – 5 – нижний протерозой, удоканский комплекс: 2 – намингинская свита: метаалевролиты, метааргиллиты с прослоями известковистых песчаников, на поверхностях напластования многочисленные знаки ряби и течения; 3 – сакуканская свита, верхняя подсвита: метапесчаники, часто известковистые, метаалевролиты, метааргиллиты; 4 – сакуканская свита, средняя подсвита: метапесчаники, метаалевролитопесчаники; 5 – сакуканская свита, верхняя подсвита: меденосный горизонт; 6 – верхний палеозой, ингамакитский комплекс: дайки лампрофиров; 7 – нижний протерозой, кодарский комплекс: граниты, гранодиориты биотитовые; 8 – нижний протерозой, кеменский комплекс: дайки габбро-диабазов; 9 – элементы залегания слоистости: а – наклонного, б – опрокинутого; 10 – скважины: а – на карте (пробуренные с поверхности), б – на разрезах; 11 – штольни

Фация песчаных, алевритовых, пелитовых осадков прибрежно-морскогомелководья

Отложения слагают подрудную и надрудную толщи, а также участвуют в строении рудной толщи, переслаиваясь с подводно-дельтовыми, лагунными отложениями и сменяя их по литорали. Они представлены мелкозернистыми, редко среднезернистыми до разнозернистых серыми кварцитовидными олигомиктовыми песчаниками с кварцевым, серицитовым, карбонатным, обычно смешанным цементом базально-коррозионного и порово-коррозионного типов, с участием алевролитов, редко аргиллитов. Обломочная фракция песчаников и алевролитов состоит из окатанных обломков кварца (до 60–70 %) и полевых шпатов (до 30–40 %). В незначительном количестве в тяжелой фракции отмечаются хорошо окатанные обломки турмалина, сфена, апатита, циркона, гематита. Сортировка обломочного материала в основном хорошая.

В отложениях фации широко распространены мелкие и крупные слои и серии слоев разнонаправленной косой слойчатости, слабо срезанные или сильно срезанные, чередующиеся с мелкими и крупными сериями косоволнистой слойчатости или с массивными песчаниками и алевролитами.

Слойчатость обусловлена чередованием слойков, различающихся по грану­лометрическому или вещественному составу. Ритмическая сортировка в сериях косой слойчатости слабая, нередко не фиксируется, что характерно для морских осадков в отличие от речного аллювия, где подобная сортировка обычно выражена отчетливо (Ботвинкина и др., 1963). В породах иногда фиксируются признаки оползания осадков – текстуры скучивания. По данным массовых замеров ориентировки косой слойчатости преимущест­венный перенос обломочного материала при накоплении отложений данной фации происходил в юго-западном и западном направлениях.

В этих же направлениях уменьшается до 150–400 метров их мощность при уменьшении размеров обломочной фракции осадков, в составе которых преобладают тонкозернистые песчаники, алевропесчаники и алевролиты. Подобное закономерное уменьшение мощности отложений в направлении сноса, сопровождаемое уменьшением размеров обломочной фракции, наряду с широким развитием в осадках наклонной, косой слабо-срезанной, сильно-срезанной (перекрестной) слойчатости, внутриформационных размывов, характерно для прибрежной зоны моря, где оседает основная масса приносимого с континента материала, а с удалением от берега мощность осадков уменьшается и отлагающийся материал становится более тонким.

Фация песчано-галечных отложений активных донных потоков прибрежной зоны моря

Среди прибрежно-морских отложений залегают многочисленные пласты внутриформационных конгломерато-брекчий мощностью до 1,5–2,0 метров и протяженностью до многих сотен метров, образованных в результате размыва слабозатвердевших (о чем свидетельствуют следы пластических деформаций в галечном материале) пород. Обычно уплощенные гальки и обломки размером до 7–10 см представлены аргиллитами, редко алевролитами и слойчатыми песчаниками, количество их варьирует в широких пределах в разных частях одного и того же пласта. Обломочный материал сцементирован мелкозернистым, разнозернистым до среднезернистого плохо сортированным олигомиктовым известковистым песчаником, часто – песчанистым известняком. Обычно отмечается слабое погрубение обломочной фракции, заполняющей массы конгломерато-брекчий, сравнительно с обломочной фракцией песчаников. Замечено постепенное замещение последними конгломерато-брекчий в пределах одного слоя.

Конгломерато-брекчий обладают крупной косой, в том числе перекрестной слойчатостью, что свидетельствует об образовании их в условиях активного гидродинамического режима и о частой смене направлений движения воды при образовании пласта. Подобная неустойчивость направлений водного потока характерна для донных морских течений, меняющих направленность (к берегу, от берега или вдоль него), в отличие от русловых отложений континентальных водотоков, формирующих, за редчайшими исключениями, слои осадков с косой слойчатостью, ориентированной примерно в одном направлении.

Фация песчаных, алевритовых осадков подводной дельты

Как и внутриформационные конгломераты, отложения данной фации участвуют в составе рудной толщи, залегают среди прибрежно-морских осадков и многократно чередуются в разрезе в виде линз и лент мощностью от десятков сантиметров до десятков метров и протяженностью в западном, юго-западном направлениях до многих сотен метров. Они представлены мелкозернистыми олигомиктовыми песчаниками, алевро-песчаниками, песчанистыми алевролитами с кварцевым и серицитовым цементом, обладают плитчатой отдель­ностью, подчеркивающей по­верхности раздела косых слоев-плиток. Плитчатые песчаники образуют косослоистые серии, часто слабо или сильно срезанные (перекрестные). Наклон косых слоев в соседних пластах разный, нередко слоистость полого наклонная, при этом наблюдаются знаки волновой ряби на поверхностях наслоения. Слабо срезанная и сильно срезанная (перекрестная) косая слоистость в пачках описываемых отложений указывает на формирование последних в условиях меняющих направление водных потоков, а повсеместно наблюдаемое фациальное выклинивание этих отложений и замещение их по площади и в разрезе прибрежно-морскими свидетельствует о том, что упомянутые потоки представляли собой донные течения в прибрежной зоне моря. При анализе распределения отложений донных течений в меденосной толще выясняется преимущественное их развитие в северо-западной половине северо-восточного крыла брахисинклинали. Здесь они в виде многочисленных линз переслаиваются с осадками прибрежно-морского мелководья, образуя пачку мощностью до первых сотен метров. Вся пачка прослеживается отсюда к западу, где мощность ее заметно уменьшается. Направление сноса обломочного материала, по данным массовых замеров ориентировки косослоистых серий в плитчатых песчаниках, в общем также соответствует этому направлению. В юго-западном крыле брахисинклинали и в восточной части северо­восточного крыла отложения донных течений образуют редкие и маломощные (до первых метров) линзы среди прибрежно-морских отложений. На юго-восточном замыкании складки они встречаются в виде единичных прослоев мощностью до 2 метров.

Накопление мощных и многочисленных линз и пластов отложений донных течений прибрежной зоны моря в западной части северо-восточного крыла брахисинклинали объясняется сущест­вованием в этой части морского бассейна более или менее устойчивых потоков, пред­ставляющих дельту крупного водотока. Веерообразное рас­текание речных вод в виде отдельных рукавов в прибрежной зоне моря обусловило форми­рование линз косослоистых плитчатых песчаников на отдельных участках морского дна и побережья, а миграция этих рукавов во времени и пространстве обусловила ту пеструю картину в распределении подводно-дельтовых отложений среди прибрежно-морских, которая мы наблюдается сейчас на различных участках месторождения.

Фация алевритовых, пелитовых, реже песчаных отложений лагун

Отложения залегают среди мелководно-морских осадков в виде мощных (до 10–15 метров) и протяженных (до нескольких километров) пластов разнозернистых алевролитов, аргиллитов при участии прослоев алевропесчаников. Распространена горизонтальная слабоволнистая слойчатость, обусловленная чередованием слойков с различным гранулометрическим составом. На поверхностях наслоения, как, впрочем, и на поверхностях наслоения осадков других фаций, обычны знаки ряби, трещины усыхания. Накопление этих осадков происходило, по-видимому, в условиях мелководных полу­замкнутых водоемов типа лагун или заливов.

Завершающая разрез надрудных отложений свита намингу мощностью до 800 метров сложена в основной массе тонкозернистыми породами – алевролитами, аргиллитами с подчиненными прослоями тонкозернистых песчаников. Породы характеризуются горизонтальной слоистостью и слойчатостью, обилием знаков волновой ряби, трещин усыхания. Перечисленные признаки указывают на образование толщи в условиях спокойного гидродинамического режима обширного мелководного, временами осушавшегося бассейна.

Отложениям рудной толщи свойственна ритмичность, выраженная в закономерной смене в разрезе осадочных пород разного гранулометрического состава. Мощность ритмов изменяется от первых метров до десятков метров. В основании ритма залегают внутриформационные конгломерато-брекчии, перекрытые отложениями прибрежно-морского мелководья или подводно-дельтовыми песчаниками, сменяемыми выше алевропесчаниками, алевролитами и аргиллитами фации лагун. Повторяемость ритмов в разрезе рудной толщи сопровождается изменением объемных соотношений гранулометрических разновидностей пород в пользу более тонкозернистых в ее верхах.

Сравнительно монотонный мелко-тонкозернистый состав отложений верхней сакуканской подсвиты в целом и рудной толщи, в частности, отсутствие конгломератов, кроме внутриформационных, постепенное уменьшение на расстоянии многих километров мощности отложений в направлении сноса обломочного материала, т.е. по мере удаления от береговой линии, и другие приведенные выше факты квалифицируют область аккумуляции в поздне-сакуканское время как прибрежно-дельтовую зону мелководного морского бассейна с обширной приморской низменностью, периодически заливавшейся водой и осушавшейся вследствие колебательных движений дна, имевшего незначительный уклон. Мигрировавшая во времени береговая линия была ориентирована примерно в субмеридиональном направлении, а область разрушения находилась на востоке, северо-востоке от бассейна. Накопление обломочного материала сопровождалось общим медленным погружением всей области седиментации, на фоне которого имели место тектонические движения второго порядка, обусловившие ритмическое строение отложений.

Описанные толщи подверглись метаморфическим преобразованиям на уровне зеленосланцевой фации. Обычные минеральные ассоциации этапа метаморфизма включают серицит, новообразованный кварц, альбит, хлориты, эпидот, биотит, более или менее равномерно рассеянные в породах в объеме месторождения. Минеральная зональность не выражена, хотя наблюдается тенденция некоторого увеличения количества биотита в породах юго-западного крыла складки, по мере приближения к контакту Ингамакитского гранитного плутона. Общий объем цветных эпигенетических минералов не превышает 7–10 % от объема пород. Тонкозернистый, предположительно глинистый цемент песчаников и алевролитов, преобразован в серицитовую и кварц-серицитовую массу, а известковистое вещество цемента – в тонко-мелкокристаллический агрегат кальцита. Окатанные обломки кварца и полевых шпатов вне рудных тел не несут, как правило, следов растворения или перекристаллизации. К эпигенетическим образованиям этапа метаморфизма относятся также микропрожилки и достаточно редкие более крупные жилки и жилы (до 1,0–1,5 метров мощностью) кварца, кальцита, эпидота. Как отмечалось, кальцит-кварцевые и кварцевые жилы содержат свойственные пластовым рудам сульфиды меди только в участках пересечения пластовых рудных тел. В целом, степень эпигенетических преобразований пород при метаморфизме незначительна и они сохранили свои текстурные признаки и основные черты гранулометрического состава.

В отличие от относительно молодых палеозойских и мезозойских месторождений формации медистых песчаников и сланцев, в которых медная минерализация приурочена к пестроцветным отложениям аридных областей, рудовмещающие породы Удоканского месторождения обладают цветами серых тонов. Серые с розовым оттенком песчаники встречаются редко. Это может быть обусловлено либо спецификой процессов осадконакопления в раннепротерозойскую эпоху, либо потерей породам красной, розовой окраски в процессе метаморфизма.

В рудах Удоканского месторождения диагностировано несколько десятков рудных минералов, преобладающе медных и медьсодержащих сульфидов, сульфатов, карбонатов, оксидов и других. Промышленную значимость его определяют борнит халькозин, халькопирит и представляющие зону окисления брошантит, малахит, антлерит. Существенную примесь образуют самородное серебро, штромейерит, аргентит, что позволяет квалифицировать месторождение как серебро-медное. Остальные минералы присутствуют в виде незначительной или редкой примеси. Согласно B.C. Чечеткину и др. (Геология ..., 2000), в качестве попутных компонентов могут извлекаться также золото, содержание которого в промышленных рудах составляет 0,05 г/т, и рений.

Для целей промышленной переработки выделено три технологических типа руд: сульфидные (43 % от массы промышленных запасов), смешанные (40 %) и окисленные (17 %) (Геология...., 2000).

Минералы зоны окисления наиболее распространены в верхней части рудной толщи; масса их постепенно уменьшается по ее падению, причем редкие примазки малахита на стенках трещин встречены в керне, извлеченном с глубины 1000 метров от нижней отметки рельефа (1400 метров) в долине реки Намингу. Большая часть минералов представляет древнюю зону окисления. В современных условиях северного высокогорья и многолетней мерзлоты процессы окисления слабо выражены лишь на поверхности. Подчеркнем, что хотя границы окисления медных руд не выходят запределы рудной толщи, контуры локальных блоков в разной степени окисленных руд подчиняются также элементам разломной тектоники как определяющим миграцию палеогрунтовых вод. Наряду с заполнением минералами зоны окисления многочисленных пустот выщелачивания и разноориентированных трещин они замещают сульфиды и в массивной руде, «пропитывая» ее иногда полностью.

Сульфидная минерализация формирует стратиформные рудные тела и как примесь встречается в редких эпигенетических секущих кварцевых и кварц-кальцитовых жилах альпийского типа, которые обнаруживают полную зависимость от состава вмещающих пород: кварцевые жилы образованы среди кварцитовидных песчаников, кварц-кальцитовые – среди известковистых песчаников, сульфиды участвуют в составе жил там, где последние пересекают стратиформные руды.

В составе стратиформных тел выделяются руды двух минеральных типов: борнит-халькозиновые и (пирит)-халькопиритовые. Руды того и другого состава, как правило, пространственно разобщены. Вместе с тем, халькопирит присутствует и в борнит-халькозиновых рудах, образуя с борнитом структуры распада твердого раствора.

Стратиформный характер минерализации подчеркивается тем, что сульфиды не выходят за пределы пластов или слоев осадочных пород, в составе которых они участвуют в виде вкрапленников, гнезд, мелких линз, полосок, слойков, каемок вокруг галек аргиллитов: поверхности напластования отделяют рудный пласт (слой) от безрудного или смежные пласты (слои) с разной густотой сульфидной вкрапленности. Не характерны скопления сульфидов, секущие, скажем, пласт (слой), соседние пласты (слои) или отходящие от них в форме апофиз, что при наличии множества секущих породы разноориентированных соскладчатых и послескладчатых разломов и трещин затруднительно объяснить с позиций эпигенетического гидротермального происхождения сульфидной минерализации.

Особый случай, сравнительно с пластами (слоями) вкрапленных руд представляют лентовидные залежи сплошных сульфидов, имеющие в поперечном простиранию лент разрезе форму линз мощностью до десятков сантиметров и шириной до нескольких метров – десятков метров. До 20–30 % объема сульфидных руд занимают хорошо оформленные кристаллы мартитизированного магнетита размером до 2–3 мм.

Эти ленты-залежи протягиваются в направлении преобладающего сноса обломочного материала, выполняют морфологически хорошо выраженные углубления на протяженных грубоволнистых поверхностях размыва (русла локальных потоков), имеют резкие границы с подстилающими и перекрывающими песчаниками, содержащими или не содержащими сульфидную вкрапленность. Нижняя поверхность перекрывающего слоя не обнаруживает над залежью морфологических изменений – прогибания или воздымания.

Важное диагностическое значение для реконструкции процесса рудообразования имеет слойчатость, особенно косая, образованная чередованием слойков, обогащенных сульфидами и не содержащих их. Изображения косой слойчатости в пластах вкрапленных руд, полученные посредством сканирования полированных поверхностей образцов руд Удокана, приводились ранее (Кучеренко, 1999). Нет оснований предполагать образование данных текстурных узоров избирательным замещением сульфидами субстрата песчаников, так как состав слойков различается лишь содержанием сульфидов. Как известно, косая слойчатость формируется в руслах водных потоков на наклонной фронтальной поверхности нарастающего слоя осадка вследствие перекатывания обломков с отложением в нашем случае тяжелой (сульфиды) и легкой (кварц, полевые шпаты, известковый материал) фракции при соответственно увеличении и уменьшении скорости течения воды (силы потока).

Итак, мы имеем поверхности размыва, на них локальные лентообразные углубления (рытвины) глубиной до нескольких десятков сантиметров, протягивающиеся в направлении сноса обломочного материала на запад, юго-запад. Углубления заполнены сплошной борнит-халъкозиновой или пирит-халькопиритовой рудой, слагающей лентовидные залежи. Местами сплошные руды сменяются косослойчатыми с падением слойков в том же западном, юго-западном направлениях. С учетом сказанного выше вывод очевиден – залежи сплошных сульфидных руд образовались в руслах водных потоков-струй посредством отмывки тяжелой фракции – сульфидов, вероятно, обычного в осадках гематита, судя по обилию продуктов его перекристаллизации при метаморфизме – метакристаллов магнетита.

Как видно из приведенных фактов и соображений, метаморфизм не изменил условий залегания и текстур руд. Изменились отчасти минеральный состав осадочных пород и руд, в той или иной степени их структуры. Существенно перекристаллизованы сплошные сульфидные руды, в которых кварц, в частности, образует агрегаты ксеноморфных зерен в срастании с метакристаллами магнетита и резко преобладающими сульфидами.

Общая закономерность, которой аргументируется концеп­ция осадочного происхождения медных руд Удокана (Место­рождения ..., 1995 и др.), заклю­чается в приуроченности пласто­вых, линзовидных, лентовидных залежей сульфидных руд к отложениям подводной дельты. Вещественным выражением рудоносных осадков фации подводной дельты служат, прежде всего, пласты косослоистых плитчатых песчаников. Они оцениваются как индикаторы этой фации в возрастном интервале накопления рудной толщи мощностью до 700 метров. Судя по масштабам образования этих песчаников, основное русло дельты, в том числе подводной его части, находилось в районе современной северо-западной половины северо-восточного крыла брахисинклинали (участки Шумный-Крутой, Скользкий). Но и здесь мы имеем дело лишь с фрагментами этих отложений, сохранившимися при эрозии. К западу и юго-западу число и сила потоков подводной дельты уменьшалась по мере удаления от береговой линии. О палеогеографических условиях накопления подводно-дельтовых отложений в восточной половине месторождения, где пласты косослоистых плитчатых песчаников встречаются эпизодически, судить затруднительно вследствие большей глубины эрозионного среза по причине приподнятости восточного блока брахисинклинали.

Вследствие частичного рассеивания в прибрежной зоне моря приносимой меди и многократного перемывания и переотложения накапливавшегося материала отложения прибрежно-морского мелководья также в том или ином, нередко значительном количестве, содержат медь. Возможна волноприбойная сортировка материала при образовании, например, густовкрапленных руд и, при том, что волноприбойные зоны в условиях приморской низменности могли быть достаточно обширными. При этом, фиксируется пространственная приуроченность медьсодержащих прибрежно-морских осадков к подводно-дельтовым. Вдали от мест распространения последних первые практически безрудны. Некоторое количество меди иногда содержится в известковистых конгломерато-брекчиях (внутриформационных конгломератах) в зависимости от содержания меди в размываемых породах, каковыми чаще бывают алевролиты и аргиллиты, лишь иногда содержащие тонкую рассеянную вкрапленность сульфидов меди. Осадки лагун практически безрудны.

Подводя итоги, подчеркнем, что косая сульфидная слойчатость рудоносных отложений, примеры и морфологические черты которой, насколько известно, приведены ранее (Кучеренко, 1999) впервые, служит дополнительным аргументом в системе доказательств осадочного происхождения удоканских медных руд.

Проблема источников металлов при образовании месторождения тесно связана с проблемой источников серы, массы которой в рудах сопоставимы с запасами меди. Предполагать эндогенные источники нет оснований, так как в разрезе меденосных отложений отсутствуют признаки вулканизма и функционирования гидротермальных растворов, хотя бы отдаленно напоминающего гидротермально-осадочные процессы в современных и древних морях и океанах.

Остаются континентальные источники, каковыми могли служить коры выветривания – зоны окисления серосодержащих крупнообъемных месторождений меди, из которых медь, серебро, сера транспортировались континентальными водотоками в форме, скажем, легко растворимых сульфатов меди и серебра. Эта форма переноса металлов реальна, поскольку в эпоху накопления рудоносных осадков уже существовала кислородная атмосфера. Однако на этапе отложения рудного вещества в условиях, очевидно, восстановительной среды происходила трансформация сульфатов меди, серебра в труднорастворимые сульфиды – борнит, халькозин, халькопирит, аргентит, штромейерит; отчасти имело место восстановление серебра до самородного состояния. Дальнейшие процессы диагенеза и метаморфизма принципиально не изменили условия первоначальной концентрации металлов в осадках, произошла лишь собирательная перекристаллизация без сколько-нибудь заметной миграции вещества.