Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2022, T. 506, № 2, стр. 227-235

Основным источником меди в настоящее время являются медно-порфировые месторождения, которые часто содержат значительные концентрации золота, серебра и других попутных компонентов, что создает экономически выгодную основу для их разработки и эксплуатации. Поиск и разведка таких месторождений являются одними из приоритетных геолого-геофизических задач.

Многие годы территория Сихотэ-Алиньского орогенного пояса, сформированного в конце мезозоя в обстановке активной континентальной окраины на границе Тихий океан–Евразия, считалась малоперспективной на выявление крупных медно-порфировых месторождений. Только в конце прошлого столетия на основе обобщения геологических, геохимических и геофизических данных эта оценка была пересмотрена и был выделен ряд площадей, рекомендованных для поисков медно-порфирового оруденения. Одной из таких перспективных площадей была Малмыжская (рис. 1 б), где и было открыто в 2005–2007 гг. сотрудниками горнодобывающей компании Phelps Dodge Corporation (США) крупное Малмыжское месторождение [8]. После проведения разведки и нескольких переоценок балансовых запасов месторождения на конец 2021 г. они выросли для руды до 2.4 миллиарда тонн, меди до 8.3 миллионов тонн, золота до 347 тонн и серебра до 1676 тонн (https://rmk-group.ru/ru/smi/press-release), что позволяет отнести Малмыжское золото-медно-порфировое месторождение в разряд суперкрупных.

Рис. 1.

Геологическая карта района исследований (а) по [2] с упрощением и дополнениями и фрагмент обзорной мелкомасштабной карты Дальневосточного региона (б). На рис. а: 1 – стратифицированные отложения квартера; 2 – стратифицированные отложения неогена; 3 – неогеновые базальты; 4 – стратифицированные отложения палеогена; 5 – палеогеновые интрузии основного и среднего составов; 6 – палеогеновые гранитоиды; 7 – стратифицированные отложения верхнего мела; 8 – позднемеловые интрузии основного и среднего составов; 9 – позднемеловые гранитоиды; 10 – стратифицированные отложения нижнего мела (gr – горнопротокская свита); 11 – раннемеловые интрузии основного и среднего составов; 12 – раннемеловые гранитоиды; 13 – Анюйский метаморфический комплекс; 14 – стратифицированные отложения верхней юры; 15 – позднеюрские интрузивные комплексы основного и среднего составов; 16 – стратифицированные отложения средней юры; 17 – стратифицированные отложения нижней юры; 18 – стратифицированные отложения верхнего триаса; 19 – позднетриасовые интрузивные комплексы основного состава; 20 – стратифицированные отложения среднего триаса; 21 – стратифицированные отложения перми нерасчлененные; 22 – основные разломы, в том числе: 1 – Бокторский, 2 – Гурский, 3 – Курский, 4 – Приамурский, 5 – Харпийский, 6 – Центральный Сихотэ-Алиньский; 23 – месторождения и рудопроявления с границами рудных узлов (показаны белой линией): АН – Анаджаканский, МЛ – Малмыжский, ПМ – Пони-Мулинский; 24 – границы тектоностратиграфических террейнов по [1, 17]: БЖ – Баджальский, ЖА – Журавлевско-Амурский, СМ – Самаркинский, ХБ – Хабаровский. Римскими цифрами обозначена проекция на дневную поверхность глубинных профилей I–I (рис. 2 и 3). Проекция Гаусса-Крюгера, центральный меридиан 137°. На рис. б: белым квадратом обозначен район исследований.

В период 2013–2021 гг. по данным (https://elibrary.ru) было опубликовано более 60 работ, посвященных различным проблемам геологического строения, геолого-структурной позиции в мезозойском Сихотэ-Алиньском орогенном поясе, генезиса и разработки Малмыжского месторождения. Фактологической основой большинства этих работ являются геолого-структурные, минералогические, геохимические и геохронологические данные [6–8, 17]. И только в [9] на основе анализа аномальных полей силы тяжести и магнитного составлена глубинная трехмерная геофизическая модель территории, включающая в себя Малмыжскую золото-медную-порфировую рудно-магматическую систему. Работ, посвященных глубинному строению региона с суперкрупным Au–Cu-порфировым месторождением, каким является Малмыжское, явно недостаточно.

Краткое геологическое описание района исследований. Малмыжский и Пони-Мулинский рудные узлы (рис. 1 а), входящие в Нижне-Амурскую минерагеническую зону [2, 3], расположены в пределах Журавлевско-Амурского террейна, выполненного, в основном, турбидитами раннемелового приконтинентального синсдвигового бассейна [1]. Месторождения и рудопроявления золото-медно-порфирового, золото-кварцевого типов здесь связаны с гранитоидами сеноманского возраста [18].

Малмыжский золото-медно-порифировый рудный узел (МЛ на рис. 1 а) представляет собой протяженную (33 км) зону почти широтного простирания, насыщенную интрузивными телами диорит-порфиров и гранодиорит-порфиров трех генераций, относимых к мяочанскому комплексу [3]. Их возраст по разным данным лежит в довольно узком интервале 100–97.2 млн лет [7, 17]. Интрузивные тела здесь прорывают осадочные породы горнопротокской свиты (рис. 1 а), которая с угловым несогласием налегает на отложения нижнемеловых пионерской и пиванской свит и юрской хабаровской толщи [2, 3].

Пони-Мулинский золото-медно-порфировый рудный узел (ПМ на рис. 1 а) представляет собой протяженную зону почти меридионального простирания интрузивных тел габбро, габбро-диоритов, диорит-порфиров и гранодиорит-порфиров трех генераций, относимых к нижнеамурскому комплексу [2, 3]. U–Pb-возраст цирконов из дайки монцодиорит-порфиров составляет 93.3 ± 1.2 млн лет [18]. Характер рудной минерализации аналогичен малмыжскому. Интрузивные тела Пони-Мулинского узла также прорывают осадочные породы горнопротокской свиты. Прогнозные ресурсы рудного узла на конец 2015 г. оценивались для меди в 0.4 млн тонн, для золота в 79 тонн (https://www.rosnedra.gov.ru/article/8309.html).

В этом же районе на западе находится и Анаджаканский прогнозируемый рудный узел с Au–Cu–Mo-специализацией (АН на рис. 1 а), отнесенный к Кур-Амгуньской минерагенической зоне [2, 3]. Территория узла сложена верхнетриасовыми-юрскими преимущественно терригенными породами. В отличие от Малмыжского и Пони-Мулинского рудных узлов, Анаджаканский находится на северо-востоке Хабаровского террейна, последний представляет собой фрагменты юрского аккреционного комплекса [1].

Несмотря на отнесение интрузивных образований Пони-Мулинского и Малмыжского рудных узлов к разным магматическим комплексам, изучение их вещественного состава и возраста позволило заключить [6, 17], что магматические породы обоих узлов были сформированы в сеномане в рамках одного этапа (4–6 млн лет) проявления интрузивной магматической деятельности.

Методика построения магнитной и плотностной глубинных моделей. В качестве фактологической базы для расчета глубинных моделей были использованы цифровые карты аномального магнитного и гравитационного в редукции Буге полей для Сихотэ-Алиньского орогенного пояса и сопредельных территорий, полученных с использованием геофизических основ Госгеолкарты 1:1 000 000 (сведение материалов сделано специалистами ВСЕГЕИ по заказу ИТиГ ДВО РАН). Моделирование магнитного и гравитационного полей выполнено для площади размером 200 × × 200 км, в центре которой находится Малмыжский рудный узел. Расчеты трехмерных моделей распределений магнитных источников в земной коре и плотности в земной коре и литосферной мантии проводились нами в программном комплексе Коскад-3Д, где для оценки положения аномалиеобразующих объектов использован известный метод вариаций Б.А. Андреева, существенно улучшенный за счет применения современных методов адаптивной полосовой фильтрации на этапе выделения аномалий определенных частот [5]. Последующая визуализация этих моделей осуществлялась с помощью программного комплекса ArcGIS.

Плотностная модель земной коры до глубины 35 км рассчитана по сети 1000 × 1000 × 1000 м, что обеспечивает достаточно детальное изучение верхней части земной коры. Полученное в результате расчета относительное распределение масс аномальных источников было пересчитано в реальное распределение плотности при условии изменения этого параметра с глубиной от 2.5 г/см³ на поверхности до 3.20 г/см³ на глубине 34 км – средняя глубина Мохо в регионе [12]. В конечном итоге для оптимальной визуализации на разрезах и глубинных срезах, сделанных по модели, значения плотности были пересчитаны в проценты, показывающие отклонения этого параметра от среднего значения для данного глубинного уровня.

Магнитная модель рассчитана по сети 500 × × 500 × 500 м. Данный размер ячейки определяется необходимостью более детальных построений для верхней части разреза. Для более точной локализации магнитных источников предварительно была выполнена редукция магнитного поля к полюсу. Получаемый в результате расчета параметр является плотностью магнитных источников на данном глубинном уровне и при неизменности размера ячейки модели с глубиной может рассматриваться как аналог эффективной намагниченности пород, выраженной в условных единицах.

Магнитная и плотностная глубинные модели. На рис. 2 представлены карта аномального магнитного поля анализируемой площади и глубинные карты-срезы эффективной намагниченности на глубинах 3, 9, 13 км.

Рис. 2.

Магнитная глубинная модель территории Малмыжского и Пони-Мулинского рудных узлов. а – карта аномального магнитного поля. б–г – карты эффективной намагниченности на глубинах 3, 9 и 13 км соответственно. Проекция Гаусса-Крюгера, центральный меридиан 137°. Белые сплошные линии – контуры рудных узлов; черные штриховые линии – границы выделяемой кольцевой структуры.

На глубине 3 км распределение магнитных источников повторяет, в общем, рисовку изолиний аномального магнитного поля (ΔT). Малмыжский, Пони-Мулинский и Анаджаканский рудные узлы приурочены к положительным аномалиям эффективной намагниченности. На этой глубине положительная аномалия под Малмыжским рудным узлом “разбивается” на две узкой зоной пониженных значений намагниченности меридиональной ориентировки. В целом рисовка изолиний здесь приобретает дугообразый характер и подчеркивает кольцевую структуру, примерно в центре которой располагается Малмыжский рудный узел. Размеры этой кольцевой структуры 80–90 км (рис. 2 б).

На карте эффективной намагниченности на глубине 9 км Малмыжский, Пони-Мулинский и Анаджаканский рудные узлы также приурочены к ее положительным аномалиям. На карте этого глубинного уровня (рис. 2 в) еще более ясно выделяется кольцевая структура, в пределы которой попадают рудные узлы.

Карта намагниченности на глубине 13 км в целом аналогична уровню 9 км. Сохраняется кольцевая рисовка изолиний (рис. 2 г), но при этом уменьшается общий размах параметра намагниченности. Малмыжский, Пони-Мулинский и Анаджаканский рудные узлы приурочены к положительным аномалиям эффективной намагниченности.

Только на глубине 18 км распределение намагниченности на площади развития рудных узлов теряет кольцевой вид. Полагаем, это связано с приближением к подошве магнитоактивного слоя (глубина температуры Кюри), глубина которого здесь варьируется от 18 до 25 км [4].

Диапазон глубин границы кора–мантия в пределах рассматриваемой площади составляет 29–39 км [12]; максимальные глубины Мохо отмечены на юго-востоке площади восточнее Центрального Сихотэ-Алиньского разлома в зоне развития крупных гранитных массивов Сихотэ-Алиньского хребта, минимальные – на севере территории в зоне распространения юрских пород Баджальского террейна. На основной территории в зоне развития Малмыжского, Пони-Мулинского и Анаджаканского рудных узлов глубина Мохо составляет 30–35 км.

На рис. 3 а представлена карта поля силы тяжести в редукции Буге анализируемой площади и карты-срезы по плотностной модели на глубинах 10, 25 и 33 км. Рисовка изолиний относительной плотности на глубине 10 км (рис. 3 б) резко отличается от рисовки изоаномал (Δg) поля силы тяжести; она, в основном, имеет ячеистый характер, только в восточной части рассматриваемой площади наблюдается несколько протяженных, длиной порядка 100 км аномалий северо-восточного простирания. Малмыжский рудный узел приурочен к области повышенной плотности (до 3%), и, наоборот, Анаджаканский – приурочен к области пониженной плотности (до –4%). Пони-Мулинский рудный узел располагается в краевой части зоны слабого уплотнения северо-восточной ориентировки.

Рис. 3.

Плотностная глубинная модель территории Малмыжского и Пони-Мулинского рудных узлов. а – карта поля силы тяжести в редукции Буге. б–г – карты относительной плотности на глубинах 10, 25 и 33 км соответственно. Проекция Гаусса-Крюгера, центральный меридиан 137°.

Карта расчетной плотности на глубине 25 км (рис. 3 в) существенно отличается от таковой для глубины 10 км. Размер аномалий стал еще больше, и практически все они имеют северо-восточную ориентировку. Анаджаканский рудный узел сохраняет свою приуроченность к отрицательной аномалии относительной плотности (–3.5%), Малмыжский – вновь на данном глубинном уровне “занял” место над интенсивной зоной уплотнения (до +4%). Для Пони-Мулинского узла существенного уплотнения на этом глубинном уровне не наблюдается, ему отвечает практически безаномальная область.

Рисовка изолиний относительной плотности на глубине 33 км (рис. 3 г) немного отличается от их рисовки на карте для уровня 25 км. Плотностная дифференциация на этом глубинном уровне резко снизилась как по общему размаху значений, так и по насыщенности областями уплотнения и разуплотнения, при этом – проекции Анаджаканского и Малмыжского рудных узлов сохраняли свою приуроченность к области разуплотнения у первого и к области уплотнения у второго. Положение Пони-Мулинского узла отвечает пограничной области зон слабого уплотнения и разуплотнения.

На профиле эффективной намагниченности по линии I–I (рис. 4 а) хорошо видны области повышенных ее значений, располагающиеся под Малмыжским и Пони-Мулинским рудными узлами. Эти области повышенной намагниченности имеют двухъярусное строение: на глубине примерно 8–10 км намагниченность резко уменьшается, а затем на глубинах 12–15 км снова возрастает. Полагаем, что наличие разноглубинных высокомагнитных объемов связано с двумя уровнями приповерхностных магматических камер-батолитов.

Рис. 4.

Распределение эффективной намагниченности (а) и относительной плотности земной коры (б) вдоль профиля, пересекающего Малмыжский рудный узел и фрагмент петрологической модели образования крупного медно-порфирового месторождения (в) по ([18] с упрощением). На рис. а и б: цифры в белых кружках обозначают стадии формирования рудной структуры по [18]: 3 – остановка магмы в промежуточной камере на границе Мохо, образование магматической каши и насыщение сульфидами; 4 – транспрессивные деформации в молодой континентальной коре, приводящие к быстрому подъему магмы и образованию крупного батолита в средней и верхней коре; 5–7 – формирование субвулканических купольных зон в кровле батолита, подъем в них пузырьковой магмы и металлосодержащих флюидов. Крупнообъемный поток магматических гидротермальных флюидов через купольные зоны, поддерживаемый непрерывной подпиткой батолита. Эффективное осаждение сульфидных Cu–Fe и других минералов с образованием крупного медно-порфирового месторождения.

На рис. 4 б представлен разрез относительной плотности до глубины 34 км по линии I–I, проходящей через Малмыжский и Пони-Мулинский рудные узлы. Здесь также отчетливо видны вертикальные области повышенной плотности под этими рудными узлами. Особенно наглядно это видно в случае Малмыжского рудного узла; здесь контраст плотностей пород области собственно рудного узла и окружающих достигает 6–8%. Также как и на профиле эффективной намагниченности, область повышенной плотности имеет “разрыв”, но уже на глубинах 17–25 км, а затем уже в нижней коре снова появляется область повышенной плотности. Вероятно, здесь фиксируется более глубинная магматическая камера.

Сопоставление полученных данных с известными геолого-геофизическими моделями. Модельным построениям глубинного строения крупных и суперкрупных золото-медно-порфировых месторождений посвящено огромное количество литературы, но в большинстве из них эта проблема рассматривалась на уровне минералогических и петрологических систем, общетеоретических геодинамических реконструкций [18, 20], работ же, посвященных глубинному строению Au–Cu-порфировых рудных узлов, основанных на анализе геопотенциальных полей, не так много. Из них необходимо отметить циклы статей: 1) по медно-порфировым месторождениям Чили на западной активной окраине Южной Америки [11]; 2) по месторождению “Majagual” в Центральной Америке [14], на севере Чили [13], в центральном Иране [19] и Новой Гвинее [13]. Особо необходимо отметить геофизические данные для Au–Cu–Mo-порфирового рудного узла “Pebble” на юго-западе Аляски [15], который близок Малмыжу как по геодинамической позиции (активная континентальная окраина), так и по возрасту интрузий (91–89 млн лет), с которыми ассоциирует месторождение.

Для района месторождения “Pebble” была рассчитана магнитная модель [10]. Магнитные породы здесь простираются на глубину более 9 км, несколько приповерхностных магнитных источников с умеренной магнитной восприимчивостью “сливаются” на глубине в магнитные тела с более высокой магнитной восприимчивостью. На глубине 9 км выделяется аномалия высоких значений кажущейся магнитной восприимчивости пород, которая может быть проинтерпретирована как батолит размером примерно 80×50 км, являющийся источником выходящих на поверхность нескольких отдельных гранодиоритовых штоков. Магмы из этого глубинного магнитного источника, по-видимому, поднимались к поверхности в нескольких областях. Предложенная в [10] модель, как мы видим, весьма схожа с нашей для Малмыжского рудного узла (рис. 4 а).

Примерно такую же картину можно видеть и на профиле I–I эффективной намагниченности до глубины 18 км, пересекающем Малмыжский и Пони-Мулинский рудные узлы (рис. 4 а). На профиле отчетливо видны вертикальные зоны повышенной намагниченности под этими рудными узлами, причем эти зоны не сплошные, а имеют “разрывы” на глубине 8–12 км. Можно предположить, что такую картину формируют несколько разноглубинных батолитов – бывших магматических камер.

Анализ полученной магнитной модели дает основание выделить в пределах площади кольцевую структуру с центральным крупным магнитным телом в районе собственно Малмыжского рудного поля, и серии фрагментарно проявленных по периферии более мелких магнитных тел, укладывающихся в дугообразые зоны на разном удалении от центра. Наиболее контрастно кольцевая структура проявляется на глубинах 3–9 км (рис. 2 в). Ее диаметр составляет примерно 100 км, центром является магнитное тело, которое может быть проинтерпретировано как крупный гранитоидный батолит, над которым расположено собственно Малмыжское месторождение. Магнитные тела, расположенные по периферии, также отвечают магматическим телам, проявленным на фоне немагнитных осадочных образований. Отметим, что интрузии Пони-Мулинского и Анаджаканского рудных узлов также попадают на периферию данной кольцевой структуры, занимая там вполне закономерное положение. Большая часть магнитных тел располагается до глубины 8–9 км, отдельные наиболее крупные до глубины 12–14 км (рис. 2 г, 4 а).

Наличие кольцевых, овальных и полосовых магнитных аномалий довольно характерно для площадей с медно-порфировыми месторождениями [10, 11, 13, 14, 19]. Предполагается, что магнитные аномалии отражают батолитоподобные интрузивные тела, расположенные вдоль путей продвижения магматического фронта активной континентальной окраины [11]. Наличие нескольких медно-порфировых месторождений/рудопроявлений, сгруппированных в кластеры в пределах района (рис. 1 а), объясняется тем, что они связаны с общим родительским интрузивным комплексом, о котором “сигнализирует” соответствующая магнитная аномалия. Также необходимо принимать во внимание и определенную магнитную зональность над собственно медно-порфировыми месторождениями, которая отражает зоны гидротермальных изменений: слабые локальные максимумы магнитного поля над калиевой зоной, низкую интенсивность магнитного поля над серицитовыми зонами и постепенно увеличивающуюся интенсивность над пропилитовой зоной изменений [15, 16].

Рассматривая плотностные особенности выделенной кольцевой структуры, отметим, что столь же определенно как в магнитной модели она не выделяется, но отчетливо видно, что ряду магнитных тел (рис. 4 а) на различных глубинах отвечают тела повышенной плотности (рис. 4 б). Речь, в первую очередь, идет о верхне- и среднекоровых батолитах Малмыжского рудного узла. Для верхней коры этот вопрос рассматривался ранее в [9], выводы примерно схожи: магнитным телам отвечают соразмерные тела повышенной плотности.

Однако при рассмотрении плотностной модели интерес представляет не только верхний уровень земной коры, но и аномалии более глубоких горизонтов. С глубиной плотностные неоднородности приобретают более линейный характер и согласуются, очевидно, с основными разломами площади. При этом также можно видеть, что одни плотностные неоднородности имеют сквозной характер и протягиваются с верхних уровней земной коры на глубину 34 км., т.е. до ее подошвы, другие отмечаются только на определенных глубинных уровнях. Для района Малмыжского месторождения можно выделить три уровня глубин с различным распределением плотности в земной коре. Эти глубины можно, полагаем, отождествлять с характерными глубинами комплексной петрологической модели Дж. П. Ричардса [18], на которых ключевые геодинамические процессы способствуют формированию крупных и суперкрупных медно-порфировых месторождений.

1. Первый уровень (верхняя кора) примерно до глубины 10 км. Здесь месторождение проецируется на краевую часть локального объема повышенной плотности, имеющего субширотную ориентировку и размеры 15×30 км. Этот уровень отчетливо прослеживается как на магнитной (рис. 2, 4 а), так и на плотностной моделях (рис. 3, 4 б), и его можно отождествлять со стадиями 5–7 модели Ричардса (рис. 4 в).

2. Второй уровень (средняя кора) в интервале глубин 12–23 км магнитные (рис. 2, 4 а) и плотностные (рис. 3, 4 б) неоднородности, с одной стороны, менее контрастны, особенно это заметно для Пони-Мулинского узла, и, со второй, здесь появляются небольшие по размеру области неоднородностей разного знака. Уровень можно отождествлять со стадией 4 модели Ричардса (рис. 4 в), на которой отмечаются лишь небольшие по размерам области слабо повышенных и пониженных значений.

3. С глубины 25 и до 34 км, т.е. до границы земной коры с верхней мантией, вновь наблюдается довольно интенсивное уплотнение (рис. 3, 4 б), которое в целом укладывается в протяженную зону северо-восточной ориентировки. Непосредственно Малмыжское месторождение располагается над областью наиболее интенсивного уплотнения нижней части земной коры. Уровень можно отождествлять со стадией 3 модели Ричардса (рис. 4 в).

Основные выводы настоящей работы можно сформулировать следующим образом:

1) на основе анализа аномального магнитного поля выделена кольцевая структура магматогенного генезиса, определяющая пространственную локализацию минерализации в Малмыжском и Пони-Мулинском рудных узлах;

2) площадь выделенной структуры может рассматриваться как потенциальный рудный район, перспективный на выявление золото-медно-порфировой минерализации. В его пределах дополнительно может быть намечен ряд перспективных площадей, связанных с интрузиями гранитоидов и диоритов, развитых по периферии кольцевой структуры, часть которых находится под водами Амура и под чехлом осадков Среднеамурской впадины;

3) рассчитаны геофизические модели для отдельных рудных узлов с золото-медно-порфировой минерализацией, определены глубинные признаки, которые могут быть использованы при региональном металлогеническом прогнозе для выделения потенциальных рудных районов в пределах металлогенических зон;

4) показано, что структура рассчитанной в настоящей работе глубинной геофизической модели Малмыжского и Пони-Мулинского рудных узлов сходна с петрологической моделью медно-порфирового суперкрупного месторождения по [18].