Доклады Российской академии наук. Науки о Земле, 2022, T. 507, № 2, стр. 236-244

Причины и время формирования рудных узлов, в состав которых входят крупные месторождения различных полезных ископаемых, вызывают повышенное внимание исследователей. Ярким примером является Озернинский рудный узел (ОРУ), площадью более 200 км², расположенный в Западном Забайкалье, в составе Удино-Витимской структурно формационной зоны, в пределах останца или ксенолита осадочных, вулканогенных и вулканогенно-осадочных пород нижнепалеозойского возраста, заключенного в палеозойских гранитах (рис. 1).

Рис. 1.

Схематическая геологическая карта района Озернинского колчеданно-полиметаллического месторождения. Звездой отмечено место обнаружения самородков. Составлена с использованием материалов [1, 4].

На территории ОРУ выявлено 12 месторождений и 23 рудопроявления полиметаллов, железа, марганца, меди, мышьяка, сурьмы, бора, золота (рудного и россыпного), в том числе крупнейшее в России Озерное колчеданно-полиметаллическое месторождение. Несмотря на длительную историю геологического изучения, представления о структуре, глубинном строении, тектонике, магматизме, возрасте оруденения ОРУ, неоднозначны. Согласно наиболее распространенному мнению этот структурный блок представляет собой “останец” или провес кровли (20 × 10 км²) Ангаро-Витимского батолита, сложенный островодужными нижнепалеозойскими вулканогенными, вулканогенно-осадочными и осадочными породами олдындинской свиты, а также интрузивными и субвулканическими телами пермского возраста. Соответственно, формирование сульфидно-железооксидного оруденения ОРУ связывается с нижнекембрийским вулканизмом и гидротермально-осадочным механизмом отложения руд [1]. Однако по данным бурения в пределах площади ОРУ на глубине 1700 м граниты не были обнаружены, несмотря на геофизический прогноз. По результатам гравитационных исследований ОРУ описывается как “Озернинская группа стратовулканов” [2]. Данные магнитотеллурического зондирования также не подтверждают идею о нахождении рудоносных нижнепалеозойских пород в провесе кровли Ангаро-Витимского батолита [3]. Некоторые исследователи обосновывают гидротермально-метасоматическое происхождение руд на поздних этапах тектономагматической активизации [4]. В то же время на ОРУ начиная с палеозоя выделяется пять крупных этапов магматизма, наиболее поздний из которых завершился в мезозое после основных этапов гранитообразования, что может свидетельствовать о полихронности вулканотектонической структуры и существовании магмовода, пронизывающего толщу коры и достигающего мантии [5]. Согласно последним обобщениям показана связь месторождений Курбино-Еравнинского рудного района, в том числе и ОРУ, с формированием Удино-Витимской островодужной системы энсиалического типа венд-кембрийского возраста (подобной Курило-Камчатской базальт-андезит-дацит-риолитовой ассоциации со зрелыми островодужными системами) и последующей переработкой ее структур в среднем и позднем палеозое [6, 7]. Естественно, что данные о возрасте руд различных месторождений и объектов ОРУ имеют важное значение не только для построения модели формирования разнообразного оруденения рудного узла, но и для обоснования направлений поисков и разведки.

При отработке аллювиальной золотоносной россыпи руч. Каменного (притока руч. Левый Сурхэбт), на площади ОРУ, были обнаружены самородки с радиоактивностью от 30 до 600 мкр/час, в составе которых, в качестве главных минералов, определены золото и браннерит [8]. Ассоциация золота и браннерита хорошо известна, достаточно широко проявлена и характерна для нескольких типов золото-уранового оруденения [9]. Это – железооксидно-медно-золото-урановые (IOCGU)-Ag месторождения и, прежде всего, Olympic Dam в Южной Австралии, связанное с гематитовыми брекчиями, с возрастом, от 2.57 до 1.0 млрд лет; месторождения типа “несогласия”, палео-мезо-протерозойского возраста (Alligator Rivers и др.); Au–U-месторождения в зонах калиевого метасоматоза, расположенные в областях мезозойской тектоно-магматической активизации (ТМА) докембрийских щитов (эльконский тип) и месторождения в зонах низкотемпературного Na-метасоматоза в структурах ТМА складчатых областей (Шинколобве и др.). В рудах перечисленных типов месторождений браннерит является одним из главных минералов урана вместе с уранинитом и коффинитом, пространственно тесно ассоциируя с самородным золотом.

В данной работе, на основании минералого-геохимических исследований золото-браннеритовых самородков ОРУ, локального исследования и химического датирования браннерита, представлены данные об особенностях химического состава минералов и времени формирования урановой минерализации. Авторами были изучены золото-браннеритовые самородки из аллювиальных отложений руч. Каменный, исток которого располагается вблизи центральной части Озерного колчеданно-полиметаллического месторождения. Было проведено комплексное минералого-геохимическое изучение нескольких самородков с применением различных методов. Химический состав, морфология и пространственные взаимоотношения минералов исследованы на сканирующих электронных микроскопах (СЭМ): LEO1430VP (“LEO Electron Microscopy” Ltd) с энергодисперсионным спектрометром “INCA Energy” 350 (“Oxford Instruments” Analytical Ltd); MIRA 3 LMU (“Tescan” Ltd) с системой микроанализа INCA Energy 450+ X-Max 80 и INCA Wave 500 (“Oxford Instruments” Ltd) и микрозонде “Camebax” Micro (ЭМЗ), а также методами просвечивающей и рудной микроскопии (ZEISS Axio Scope.A1, “Carl Zeiss” LLC). Внутреннее строение и возраст браннерита определялись химическим методом датирования на перечисленных приборах. Применение электронно-зондового микроанализа в варианте СЭМ, оборудованного энергодисперсионным спектрометром (ЭДС), и сопоставимость метрологических характеристик ЭДС и волнодисперсионного спектрометра (ВДС) в случае определения основных слагающих минерал элементов, являются благоприятным сочетанием для химического датирования урановой минерализации [10]. Методика химического датирование описана ранее [10–12].

Золото-браннеритовые самородки, обнаруженные на территории ОРУ, внешне представлены золотисто-бурыми агрегатами, более 50% поверхности которых сложено самородным золотом (СЗ). На срезах самородков видно, что основной их объем занимают браннерит и сопутствующие минералы, а количество золота не превышает 15 об. % (рис. 2). Данные гамма-спектрометрического анализа свидетельствуют о существенно урановой природе радиоактивности, с содержаниями 14–26 мас. % U и 1–6 мас. % Th. В самородках золото располагается в браннерите в ассоциации с гематитом (± магнетит), рутилом, баритом, реже с мусковитом. Кроме того, также встречаются кварц, сидерит(?), гетит, нано- и микро-обособления уранинита, свинца (самородного или оксида свинца) и теллуридов Au, Ag, Bi, Pb (петцит, теллуровисмутит, алтаит), единичные зерна халькопирита.

Рис. 2.

Общий вид (а–в) и микрофото в отраженном свете (г–е) золото-браннеритовых самородков из аллювиальной россыпи руч. Каменного Озернинского рудного узла. Bnr – браннерит; Au – золото самородное; Hem – гематит; Rt – рутил.

Урановая минерализация сложена браннеритом с субмикронными включениями уранинита. В браннерите постоянно отмечаются микро-включения, микропрожилки и просечки золота. Судя по наиболее крупным самородкам, браннерит (UTi₂O₆) слагает крупные кристаллы и агрегаты кристаллов с составом, для которого характерны пониженное содержание урана и близкое к стехиометрическому содержание титана (50.4–56.7 мас. % UO₂; 34.1–37.1 мас. % TiO₂). Характерны отсутствие или низкие содержания редких земель (0–0.4 (х_ср. = 0.18) мас. % Y₂O₃), тория (0–2.5 мас. % ThO₂), ванадия (0–0.7 мас. % V₂O₃), мышьяка (0–1 мас. % As₂O₅), но постоянно отмечается примесь железа (3.2–5.1 мас. % FeO_tot), кальция (2.2–3.4 мас. % СаО), кремнезема (0.7–2.4 мас. % SiO₂) (табл. 1).

В браннерите, кроме обособлений уранинита в виде скоплений нано- и микрочастиц (от десятков и сотен нанометров, до 1–2 мкм), а также фрактальных кластеров (“дендритных кристаллов”) (рис. 3), редко встречаются округлые, изометричные или слегка вытянутые “овоиды” β-уранинита (настурана или окисленного уранинита) [13] (от 2.6 × 3.6 до 3.7 × 4.7 мкм) с неоднородным внутренним строением, значительными вариациями свинца от 1.8 до 4.5 мас. % PbO и высоким содержанием кислорода, до 26.5 мас. %. В одном случае встречено зерно (5×6 мкм) настурана в золоте с корродированной поверхностью “овоида”.

Рис. 3.

Результаты изучения золото-браннеритовых самородков методом СЭМ. Au –самородное золото (СЗ); Bnr – браннерит; Brt – барит; Gem – гематит; Gth – гетит; Leuc – лейкоксен; Rt – рутил; W-Rt – вольфрам-содержащий рутил; Urn – уранинит; Nst – β-уранинит (настуран).

Вместе с микрообособлениями уранинита в браннерите часто встречается свинец, но в форме галенита свинец обнаружен только в двух точках. На участках неизмененного браннерита содержания свинца варьируют от 1.2 до 3.1 мас. % в пересчете на PbO, причем, между UO₂ и PbO установлена значимая положительная корреляция – R = = 0.34, при критическом значении корреляции Пирсона, равном 0.27 (р = 0.01) (рис. 4). В то же время, на измененных участках, с нано- и микро-обособлениями, содержания свинца варьируют от <0.05–1.5 до 25.5 мас. % PbO. Редко в браннерите встречаются микровключения (1–3 мкм) теллуридов золота-серебра, свинца и висмута, при пересчете, в полной мере соответствующие стехиометрическим формулам петцита (Ag₃AuTe₂), алтаита (PbTe) и теллуровисмутита (Bi₂Te₃).

Рис. 4.

Верхний ряд – соотношения UO₂ и PbO (мас. %) в браннерите из золото-браннеритовых самородков ОРУ. Проанализированные микроучастки в браннерите: 1 – неизмененный браннерит; 2 –измененный браннерит, с проявлением микрообособлений свинца; 3 – участки браннерита, обогащенные ураном и с уранинитом. Нижний ряд: слева – диаграмма зависимости (в мас. %) Au-Ag; в центре – частотная гистограмма золота в СЗ (n, число определений = 86); справа – частотная гистограмма серебра в СЗ (n = 86), – в золото-браннеритовых самородках ОРУ.

Состав СЗ определяется исключительно примесью серебра и меняется от 82 мас. % Au; 18 мас. % Ag, до 100 мас. % Au. Лишь в нескольких точках в СЗ фиксируется примесь железа, вероятно, за счет гидроксида, до 0.6–2.3 мас. % Fe. Распределение золота и серебра в СЗ полимодальное, при котором определенно выделяются несколько групп с модами (мас. %): 99.1; 94.3; 88.5; 85.2 – для золота и 0.8; 5.7; 11.5; 14.8 – для серебра. Таким образом, состав СЗ соответствует весьма высокопробному, высокопробному и умеренно-высокопробному, по классификации Н.В. Петровской [14].

Определенно устанавливается зависимость состава СЗ от вмещающего минерала. Так, наиболее низкопробное золото (85–86 мас. % Au) обнаружено в трещинках в браннерите, в ассоциации с гематитом – 87–88 мас. % Au; с гематитом (±магнетитом) – 88–89 мас. % Au. Золото в ассоциации с W-содержащим рутилом, а также с мусковитом, кварцем и баритом имеет состав 90–95 мас. % Au. Особо-высокопробное золото встречено в виде жилок, линзочек, изометричных микроучастков в СЗ с составом 85 мас. % Au.

Золото в браннерите представлено трещинными и прожилковыми видами, причем практически повсеместно вдоль границы СЗ и браннерита, в последнем фиксируется зона изменения мощностью от 2–3 до 10 мкм. В зависимости от интенсивности изменения выделены зоны умеренного (зона 1) (рис. 3 в) и сильного изменения (зона 2) (рис. 3 д) браннерита, которые хорошо разделяются по химическому составу. В зонах изменения браннерита выносятся уран, ванадий, кальций, мышьяк, но концентрируются титан, кремний, алюминий, железо, магний, свинец, теллур и фосфор (табл. 1). Фактически вещество, слагающее зоны наиболее измененного браннерита, можно рассматривать как лейкоксен.

Высокопробное золото ассоциирует с W-содержащим рутилом, содержащим от 6 до 10.5 мас. % WO₃. Рутил с более низкими содержаниями вольфрама (от 0 до 3 мас. % WO₃) ассоциирует с СЗ состава 85–85 мас. % Au. Судя по соотношениям элементов выделяется два типа рутилов: без вольфрама и W-содержащий, в последнем вольфрам совместно с железом замещает титан. Кроме относительно невысоких содержаний железа (от 0–0.5 до 4.95 мас. % FeO_tot) и вольфрама (мах 10.5 мас. % WO₃) другие примеси в рутиле, методами СЭМ и ЭМЗ, не обнаружены. На СЭМ-снимках с высоким контрастом определенно устанавливается, что рутил с низкими содержаниями вольфрама замещает W-содержащий рутил, а также нарастает на него. Замещение и нарастание происходит прежде всего по периферии зерен, по трещинам и по спайности в W-содержащем рутиле. Кроме того, встречаются зерна со структурой распада, фиксирующие “ламели”, толщиной от 70 до 250 нм, W-содержащего рутила в рутиле с низкими содержаниями вольфрама, приуроченные к направлениям спайности минерала по “сагенитовому” типу [15].

Оксиды железа представлены магнетитом, гематитом и гетитом. Магнетит и гематит всегда располагаются в золоте, в отдельных случаях совместно с рутилом, и часто содержат титан, до 1.9–2.3 мас. % Ti (до 4.2 мас. % Ti). Гетит распространен главным образом по внешней поверхности самородков, замещая браннерит. В составе гетита практически всегда присутствует фосфор (от 0.4 до 2.1 мас. % P₂O₅), в 50% определений – теллур (от 0–0.5 до 5.6 мас. % TeO₃), в 75% – марганец (от 0–0.5 до 2.4 мас. % MnO), в 30% – свинец (от 0–0.5 до 1.1 мас. % PbO), в 20% – цинк (от 0–0.6 до 0.8 мас. % ZnO). Судя по набору примесей в гетите, можно предполагать его формирование в процессе инфильтрации, либо низкотемпературного гидротермального изменения.

Для определения возраста в браннерите выбирались микроучастки площадью не менее 20 мкм², не подвергнутые изменениям, без микротрещинок, дефектов, микровключений и обособлений других минералов. Возраст браннерита, определенный по данным химического анализа ВДС и ЭДС точечным зондом и ЭДС в малом растре, варьирует в диапазоне 200–235 млн лет (рис. 5). Вариации значений возраста связаны с неоднородностью состава браннерита, которые не проявлялись на снимках СЭМ. Время формирования браннерита, в целом, сопоставляется с мезозойским (триас-раннеюрским) возрастом кварцевых сиенит-порфиров, гранит-порфиров куналейского комплекса [16] и эффузивов цаган-хунтейской свиты широко распространенных в Озернинском рудном узле в виде штоков и даек, а также щелочных гранитов и связанного с ними редкометалльного оруденения Западного Забайкалья [17]. Их формирование происходило в заключительные фазы раннемезозойской Монголо-Забайкальской магматической области 195–225 млн лет, в периферических зонах влияния мантийного плюма [18].

Рис. 5.

Гистограммы распределения оценок возраста браннерита по соотношению Pb и U, определенных точечным зондом (1 – ВДС, 2 – ЭДС) и малым растром (3 – ЭДС).

Полученные данные о составе и взаимоотношениях минералов золото-браннеритовых самородков ОРУ свидетельствуют о сложной истории их формирования, которая может быть представлена, как минимум, в виде трех этапов (или стадий): 1) кристаллизация браннерита и замещение более раннего настурана браннеритом. Предполагается существование ранней кварц-настуран-золото (состава 94–95 мас. % Au)-W-рутил?-магнетитовой ассоциации; 2) возникновение гидротермальной гематит(±магнетит)-барит-рутил-золотой ассоциации, с которой связывается появление зон изменения (лейкоксенизации) в браннерите на контакте с золотом состава 85–92 мас. % Au; 3) гипергенное или низкотемпературное гидротермальное изменение минералов ранних стадий с широким развитием гидроксидов железа (гетита) с примесями теллура, мышьяка, фосфора, а также, вероятно, с появлением микрожилок весьма высокопробного золота в более низкопробном.

Результаты минералого-геохимических исследований и первая оценка возраста браннерита из самородков ОРУ позволяют провести их сравнительный анализ с имеющимися данными по золото-урановому оруденению мезозойского возраста Центрально-Алданского рудного района [19] и прогнозировать развитие описанной минерализации не только в пределах ОРУ, но и Курбино-Еравнинского рудного района. Кроме того, еще одним основанием для такого прогноза является широкое распространение уранового оруденения мезозойского и более молодого неогенового возраста [20], проявленного на площади ОРУ (Еравнинский потенциальный ураново-рудный район) и на север от него (Витимский ураново-рудный район). Описанную минерализацию также можно рассматривать как один из возможных источников для формирования гидрогенного оруденения в зоне гипергенеза Западного Забайкалья. Важным выводом представляется также тот факт, что процессы рудообразования в пределах Озернинского рудного узла продолжались в мезозойское позднетриасовое(Т3)-раннеюрское(J1) время, хотя большинством исследователей предполагается нижнепалеозойский возраст полиметаллического оруденения. По-видимому, как и большинство крупных рудных узлов и провинций, уникальный Озернинский рудный узел формировался в результате длительной эволюции рудообразующих процессов.