Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2021, T. 497, № 1, стр. 10-15

С рифтогенным магматизмом связывается значительное количество рудоносных образований, формирование которых происходило как в океанических, так и континентальных структурах Земли. Классическим и одним из наиболее полно изученных представителей проявления осадочного рудообразования в обстановках континентального рифта служат крупные месторождения Zn, Ba, Pb, Fe и Mn Центрального Казахстана ([1–6] и др.). Основные месторождения этих стратиформных руд находятся в Атасуйском рудном районе (месторождения Жайрем, Ушкатын, Жомарт, Каражал и др.) (рис. 1). Менее крупным по запасам и представительным по разнообразию типов руд является расположенный в непосредственной близости Жездинский рудный район (месторождения Жезды, Емельяновское, Надежнинское, Бала-Джала и др.). В этих двух районах сосредоточены основные запасы марганцевых руд Центрального Казахстана [1]. Согласно существующим гипотезам, железные и марганцевые руды Центрального Казахстана представляют собой слабометаморфизованные металлоносные гидротермально-осадочные отложения [4, 6]. При этом считалось ([4, 6] и др.), что их отложение на территории Жездинского и Атасуйского районов происходило синхронно, но в разных фациальных обстановках – соответственно в прибрежных и относительно глубоководных условиях. Эти выводы основывались на биостратиграфических данных, и до сих не были подтверждены геохронологическими методами. Поэтому цель нашего исследования – определить время процессов марганцевого рудообразования в осадочных рифтогенных бассейнах Жездинского и Атасуйского рудных районов Центрального Казахстана путем U–Pb-датирования вулканогенных и осадочных образований железомарганцевых месторождений Жезды (Жездинский рудный район) и Ушкатын-I (Атасуйский рудный район).

Рис. 1.

Схема расположения и стратиграфическая колонка с указанием уровней размещения месторождений Атасуйского и Джездинского комплексов (по [1]) с упрощениями. 1 – углисто-глинисто-кремнисто-карбонатные породы, сероцветные песчаники, прослои гипса; 2 – песчаники красноцветные; 3 – известняки; 4 – черные силициты, кремни; 5 – известняки глинисто-кремнистые, аргиллиты углистые; 6 – пласты, линзы, залежи руд: железных, железо-марганцевых (а), марганцевых (б), свинцово-цинковых и баритово-свинцово-цинковых (в); 7 – ритмиты жаильминского типа – углеродисто-глинисто-кремнисто-известковые; 8 – трахиандезиты (а), андезито-базальты (б); 9 – трахибазальты, базальты; 10 – габбро, габбро-диориты, диоритовые порфиры; 11 – месторождения: 1 – Ушкатынская группа, 2 – Каражал, 3 – Жайрем, 4 – Джезды.

В Жездинском районе в основном распространены марганцевые месторождения, а в Атасуйском районе – свинцово-цинковые, железо-марганцевые и баритовые, и барит-свинцовые [3, 5]. Их формирование связывают с верхнедевонским рифтогенным бассейном, возникшим при деструкции эпикаледонского Центрально-Казахстанского континентального блока [5–7]. Рудоносный, с контрастным базальт-риолитовым вулканизмом, палеорифт Центрального Казахстана хорошо изучен ([8, 9] и мн. др.). Жездинское месторождение марганца приурочено к крыльям небольшой Жездинской антиклинали в Улутауском поднятии. Рудовмещающими являются континентальные отложения средне-верхнедевонской жаксыконской серии (уйтасская и джездинская свиты), согласно перекрытой морскими карбонатными породами верхнего фамена–нижнего карбона. Жездинская свита состоит из валунных и крупногалечных конгломератов, гравелитов, вишнево-красных песчаников, алевролитов и аргиллитов. Марганцевые руды приурочены к основанию уйтасской свиты, сложенной в основном красноцветными песчаниками с цементным оруденением и горизонтами гравелитов и конгломератов. В рудоносных отложениях не обнаружены фаунистические остатки, и возраст принимается условно как позднедевонский (франский) на основе их стратиграфического положения [10]. Временной интервал проявления осадочного рудообразования в Атасуйском рудном районе определен на основе биостратиграфических данных и оценивается как фран-фаменский [11]. До настоящего времени остается открытым вопрос о временной или пространственной взаимосвязи рудообразующих процессов в этих двух пространственно-сопряженных рудных районах.

Для установления возраста рудоносных отложений Жездинского типа в карьере месторождения в районе пос. Жезды из основания уйтасской свиты была отобрана проба гравелитов с синосадочным марганцевым цементом. Исследование выделенных зерен циркона проводилось (А.И. Прошенкин,  ИГМ  СО  РАН)  методом LA–ICP–MS в ГЕОХИ РАН с использованием ICP-MS Element XR (“ThermoFinnigan”). Зерна циркона в основном удлиненной формы с осцилляторной зональностью, типичной для вулканических пород. Это указывает на то, что зерна циркона этой популяции попали в матрикс гравелитов без существенной транспортировки и, возможно, вулканические процессы совпали по времени с накоплением рудоносных гравелитов уйтасской свиты. U–Pb-датирование циркона (53 зерна) дало возрастной интервал 399 ± 7 – 430 ± 8 млн лет с максимумом 415 млн лет (рис. 2). Эти данные могут свидетельствовать о проявлении вулканизма в изучаемом регионе на границе силура и девона. Единичные анализы зерен дали следующие значения: 487, 776, 780, 854 и 928 млн лет и одно зерно – 2.45 млрд лет. На основании полученных данных можно предполагать, что накопление гравелитов уйтасской свиты началось не ранее конца раннего девона – позднее 400 млн лет.

Рис. 2.

Гистограмма и кривая относительной вероятности U–Pb-возрастов детритовых цирконов из гравелитов уйтасской свиты.

В строении Атасуйского рудного района значительную роль играет верхнедевонско-нижнекаменноугольный вулканогенно-осадочный комплекс (дарьинская свита (D₃fr)). В нижней части его разреза залегают красноцветные алевролиты, песчаники и конгломераты, которые перекрываются рудовмещающей глинисто-кремнисто-карбонатной толщей фаменского возраста (D₃fm) [11]. Синхронная осадконакоплению вулканическая деятельность приурочена к зонам разломов в фундаменте рифта, которые выявлены в пределах всех рудных полей. Вулканиты представлены породами контрастно-дифференцированной формации с субщелочными базальтами и риолитами повышенной щелочности.

Для установления возраста руд Жайремского узла из разреза в карьере Ушкатын-1 нами была отобрана проба риолита с реликтовой порфировой структурой, фельзитовой структурой матрикса и фенокристами, представленными преимущественно идиоморфными кристаллами кварца. По химическому составу кислые вулканиты относятся к трахириолитам, для которых характерны невысокие содержания Sr (63 г/т), и Nb (25 г/т), повышенные концентрации Y (49 г/т) и спектры распределения, указывающие на слабое фракционирование редкоземельных элементов (La_n/Yb_n = = 3–4). Эти особенности, сочетающие резкие минимумы по Sr, Ti и обогащение рядом высокозарядных элементов (рис. 3), являются типичными для гранитов А-типа, формирование которых связывается с внутриплитными обстановками [12]. Высококалиевые субвулканические риолиты относятся к образованиям, завершающим магматизм фаменского времени [1]. Выделенные из риолита кристаллы циркона идиоморфные или субидиоморфные с хорошо выраженной осцилляционной зональностью и Th/U-отношением, варьирующим от 0.65 до 0.90. Это указывает на магматическое происхождение циркона.

Рис. 3.

Спектры распределения редких элементов, нормализованные к составу примитивной мантии [13], для риолита (К-170) и базальта (уш-3-31) Ушкатынской группы месторождений. Показаны спектры составов базальтов океанических островов (OIB) по [13] и поле рифтогенных риолитов А-типа [14].

U–Pb-датирование циркона было проведено авторами на ионном микроанализаторе SHRIMP-II в центре изотопных исследований ВСЕГЕИ им. А.П. Карпинского. Полученные точки анализов на диаграмме образуют конкордантный кластер возрастом 373 ± 4 млн лет, соответствующим рубежу франского-фаменского яруса верхнего девона (рис. 4). Полученная оценка возраста отвечает времени кристаллизации эффузивов, субсинхронных рудообразованию. В Ушкатынском рудном поле эти вулканиты залегают в дарьинской свите (D₃fr), которая перекрывается собственно рудоносной (Mn-Fe) глинисто-кремнисто-карбонатной толщей фаменского возраста (D₃fm), и маркируют начало процессов рудогенеза в Атасуйском районе.

Рис. 4.

Диаграммы с конкордией и примеры кристаллов цирконов с осцилляционной зональностью (катодолюминесцентное фото, размерная линейка на всех фото соответствует 100 мкм) из риолита (К-170) Ушкатынской группы месторождений.

Таким образом, формирование субсинхронных рудообразованию кислых эффузивов Атасуйского рудного района (месторождение Ушкатын-I) происходило на рубеже франа и фамена, что согласуется с геологическими наблюдениями. Синхронные вулканиты и/или продукты их разрушения фран-фаменского возраста в разрезе уйтасской свиты Жездинского месторождения не обнаружены. Это указывает на различное время накопления рудовмещающих пород Жездинского и Атасуйского рудных полей и более ранее формирование первых. U–Pb-изотопное датирование детритовых зерен циркона из рудоносных гравелитов Жездинского месторождения указывает на их накопление позднее 400 млн лет в девоне, но до импульса кислого вулканизма на рубеже 370 млн лет на границе франа и фамена, т.е раньше образования руды месторождений Атасуйского поля.