ГлавнаяОсновные формации размещаются на определенных пространственно-временных структурных уровнях земной коры. Из них наиболее важные — гранитоидно-плутоногенные уровни каледонского и герцинского циклов, занимающие верхнюю часть метагранитного слоя и внутреннюю — вулканогенно-осадочного, располагаясь на глубинах 1,5—5 км. Формации гиповулканогенного уровня (пропилитовые) связаны с вулканотектоническими структурами центрального типа, экструзиями, жерлами, субвулканическими интрузиями (см. рис. 5). Рудообразование происходило на глубине не свыше 1—2 км в высокоградиентных P—Т-условиях. Кислые растворы поступали из корневых частей и генерировали молибденовое и медно-молибденовое «порфировое» оруденения.
Более важные группы формаций — гранитоидно-плутоногенные. Рудоносные интрузии многофазные — до 3—4 фаз, каждая из которых генерирует свое оруденение. Массивы имеют специфические куполовидные выступы, что предопределяет коническую объемную форму рудосбора. По составу это ультракислые и субщелочно-кислые интрузии, специализированные на редкие металлы и характеризующиеся повышенными содержаниями летучих. Относительно материнской интрузии выделяются несколько зон и подзон локализации оруденения: интрузив-надынтрузивная (ИНЗ) и околоинтрузивная. Первая подразделяется на подзоны — внутриинтрузивную, апикальную, надкупольную и ореольную (рис. 1). Здесь проявлены редкометалльные формации: пегматитовая олово-тантал-ниобиевая калбинского типа, эпимагматическая тантал-ниобий-цирконий-редкоземельная типа Лосевки, Верхнего Оспе; грейзеново-кварцево-жильная комплексно-редкометалльная типов Акчатау, Караобы, Байназара, Коктенколя; скарново-карбонатно-грейзеновая вольфрам-олово-молибден-фторная типа Акмаи — Катпара; кварцево-жильная преимущественно вольфрамовая типов Богуты, Верхнего Кайракты.
На новом этапе исследования осуществлялись методом составления геолого-генетических стереомоделей, построенных на основе углубленного изучения структур и физико-химических условий (рис. 2) и последующей схематизации (рис. 3—5). Каждая модель является синтезом всего комплекса данных.
В качестве примера приведена модель Караобы (см. рис. 2). Модель включает сведения о развитии всей рудообразующей системы (рис. 2, В),. положение объекта в структуре рудного поля (рис. 2, Б). Основная информация заключена в объемном блоке непосредственно самого месторождения (рис. 2, А), где отражены: геологическое строение, развитие рудоносных структур, связь с магматизмом, постмагматические процессы, их направленность, продукты минерализации, источники рудного вещества, роль определенных элементов в колонке, физико-химические условия рудообразования, геохимическая и рудная зональность, продуктивность на редкие металлы и др.
Уровни рудообразования. Из суммы полученных данных по конкретным геолого-генетическим стереомоделям редкометалльных объектов Казахстана гранитоидно-плутоногенного уровня рудообразования можно сделать вывод, что в его пределах работает единая пространственно-временная физико-химическая система интрузив — вмещающая рама. Эта система возникает в период заполнения магматическим расплавом камеры будущего плутона. Внутри системы выделяются три зоны, различающиеся положением по отношению к интрузии и характером развития процессов.
Внутриинтрузивная зона ограничивается самой интрузией. Кристаллизация расплава, сопровождаемая его ликвацией, фракционной дифференциацией и расслоением нескольких порядков, приводила к выделению и обособлению флюидного тепломассопотока в прикупольных участках, где происходили отделение летучих, распад соединений и начальное рудоотложение. Оруденение обычно рассеянное, слабое. Развитие постмагматических процессов часто ограничивалось областями сбора дистиллятов. Иногда формируются объекты грейзеново-кварцево-жильного типа (тип Восточного Коунрада).
Интрузив-надынтрузивная зона как самостоятельная система выделена ранее. Эта система — основная область гранитоидно-плутоногенного уровня, в которой концентрируется главная масса пост-магматического редкометалльного оруденения в связи с ультракислыми гранитоидными интрузиями, это область разгрузки растворов. Наиболее развиты в системе продукты грейзеновой, грейзеново-кварцево-жильной (типы Акчатау, Караобы, Байназара) и кварцево-жильной (типы Коктенколь, Батыстау) формаций. Они обычно занимают всю систему ИНЗ, но главная, продуктивная часть колонки располагается в пределах апикальной и надкупольной подзон. В интрузиях повышенной натриевой щелочности появляются объекты альбитит-грейзеновой модели (типы Карасу, Нураталды), а в контрастных средах — в надкупольной зоне скарново-карбонатно-грейзеновой (типы Солнечного, Катпара и др.).
Надынтрузивная зона в качестве самостоятельной выделяется лишь в случае выхода основной части рудопродуктивной системы за пределы интрузии на расстояние до 1,5—2 км. Здесь главное значение приобретают кварцево-жильные штокверки (тип Верхнего Кайракты).
Параметры моделей плутоногенного уровня рудообразования обычно зависят от размеров системы ИНЗ, глубины становления интрузий, формы и размеров выступов массивов, а также структуры раствороподводящих трещинных систем.
Последовательность рудообразования представлена на рис. 2. Модели свойственны четкая направленность, стадийность, ритмичность. Материнская интрузия многофазна (2—4 фазы), с широким развитием внутрифазных инъекций, субфаций, нескольких генераций даек, тел пегматитов и постмагматических продуктов. В завершающую стадию все большее значение приобретают остаточные расплавные очаги в корневых, утолщенных частях плутонов, обеспечивающие необходимые P—Т-градиенты для продвижения флюидных потоков.
В системе ИНЗ (см. рис. 1) по типу взаимодействия раствор — порода выделяются три последовательных этапа. Щелочной характерен для альбитит-грейзеновой, иногда кварцево-жильной, грейзеновой и грейзеново-кварцево-жильной моделей. Калишпат-альбитовые метасоматиты, слюды и жилы выполнения того же состава часто несут оруденения тантала, ниобия, олова, редких щелочей и др.
Кислотный этап — главный рудообразующий в грейзеновой и грейзеново-кварцево-жильной моделях. Он отличается широким набором последовательных генераций ореольных и трещинных грейзенов жил в прожилков выполнения, несущих главную массу руд молибдена, вольфрама, олова, висмута и других металлов. В грейзенах наряду с метасоматической часто фиксируются пульсационная зональность, иногда телескопированность продуктов, особенно типичные для жил выполнения. Главные породообразующие минералы этапа — кварц и топаз. В породах повышенной основности (скарново-карбонатно-грейзеновая модель) к ним добавляются селлаит, флюорит (в карбонатных средах), тремолит и актинолит (в мафитах и ультрамафитах). Обычны полости выщелачивания и занорыши с коллекционными кристаллами и друзами жильных и рудных минералов.
В кислотно-основной этап, часто отделяющийся от кислотного внутриинтрузивными телами (штоками, дайками) гранитов повышенной натриевой щелочности (альбитовые граниты), продолжали формироваться грейзены и жилы, сначала слюдяной ветви с рудной минерализацией (W, Sn, Bi, а также сульфиды цветных металлов), а затем разнообразные грейзены, кварцевые и сульфидно-кварцевые жилы и прожилки. В конце этапа проявлены локальные процессы с развитием зон, пятен, агрегатов, псевдоморфоз моно- или полиминерального состава из сочетаний кали-шпата, альбита, хлорита, серицита, эпидота, карбонатов, флюорита, цеолитов, кварца и др. (ореольная подзона). В мезо-кайнозое при вскрытии руд формировались глинисто-слюдистые, кремнистые коры выветривания и россыпи с остаточными рудами Te, Nb, Sn, W, Zr, TR.
Состав растворов. Исследования состава рудоносных растворов по включениям в минералах показали следующее. Состав и агрегатное состояние флюидов со временем менялись (см. таблицу). Вначале они была существенно газовые, высокоплотные. Из летучих преобладал углекислый газ. Характерны высокие температуры (до 550—650°С) и давления до 300—400 МПа, обилие щелочей при переменной роли К и Na; концентрация солей достигала 400—600 кг/м3. Происходили автолизия и автометасоматоз гранитов (объемная калишпатизация, альбитизация); продукты широко представлены в корневых частях ИНЗ.
По мере продвижения потоков флюидов в апикальную, а затем в над-купольную части ИНЗ, в их составе все большее значение приобретали кислотные компоненты — CO2, H2S, Cl и особенно F. Растворы продолжали оставаться высокоплотными, постепенно переходили в жидкую фазу. Концентрация солей оставалась высокой (до 350—450 кг/м3), преобладали кремний (кварцевые грейзены и жилы), часто с алюминием (топаз-кварцевые грейзены и жилы выполнения), характерно обилие рудных компонентов — W, Sn, Mo, Bi и др. Температуры формирования рудных тел были достаточно высокие — 480—340°, давление снижалось от 200 до 100-80 МПа.
На верхних уровнях температура снижалась от 270—250 до 70—60°С и давление — до 30—20 МПа и ниже. Растворы становились близнейтральными, слабоминерализованными (до 100—70 кг/м3). Наблюдаются частая смена их состава и явления регенерации ранее отложенного рудного материала. В ореолах процессы проходили при более низких параметрах T и P и относительно невысоких концентрациях (см. таблицу). От ранних формаций и стадий к поздним состояние растворов изменялось от расплавов-растворов, обогащенных Ta, Nb, Sn, TR, через плотные газовые к жидким. Поздние растворы кислотной стадии с летучими были обогащены Mo, W, Sn, Bi и др., в кислотно-основную стадию — Mo, Bi, Pb, Zn, Cu. Многоэтапность рудоотложения обусловлена многофазностью интрузий, затем ритмичностью трещинообразования, отсюда пульсационность поступления растворов, образование десятков генераций в температурном поле остывающей интрузии.
Результаты моделирования. Ниже приведено краткое описание конкретных редкометалльных формаций (см. рис. 2—5).
Пегматитовая группа формаций характеризуется связью с аляскитовой и альбит-гранитовой сериями гранитоидов. Остаточные расплавы обогащены летучими, щелочами и металлами — танталом, ниобием, оловом. Продуктивность достигается при высокой дифференцированности магматитов, наложении щелочного метасоматоза, грейзенизации, многокорневитости магматической системы; параметры P и T высокие.
В эпимагматических формациях минерализация рассеянная, проявлена в объеме самих куполов или в телах поздних фаз альбититовых гранитов, дайках. Свойственны щелочно-галоидный метасоматоз и специализация на тантал, ниобий, цезий, редкие земли; также высоки P—Т-параметры.
В грейзеново-кварцево-жильной формации типа Караобы отмечается приуроченность оруденения к куполам рудоносного гранитного массива и местам расположения глубоких подводящих каналов плутона (см. рис. 2). Наследуются элементы ранней вулканотектонической структуры. Рудная структура составлена встречнопадающими продольными системами трещин с фокальной областью на глубине ~1 км от кровли массива, а также пологими приконтактовыми трещинами отслоения и контракции. Их пересечение — области рудоконцентрации. Рудо локализующая система — раструб или перевернутый конус. Растворы производили объемную калишпатизацию, альбитизацию и грейзенизацию, по пути дополнительно экстрагировали рудное вещество из гранитов интрузива (область сбора). Попадая в граничные высокоградиентные условия, растворы отлагали свой груз.
После объемного метасоматоза процессы замещения локализовались в трещинных зонах, возникали тела грейзенов. Грейзенизация протекала при температуре 480—390°С и давлении 160—80 МПа из существенно кислотных растворов (CO2, H2S и F). Растворы высокоплотные, переходили в жидкую фазу (см. таблицу) с концентрацией солей 450 кг/м3. В открывающихся трещинах формировались кварцевые жилы выполнения. Температуры сохранялись высокими (420—240°С), давление снижалось от 200 до 80 МПа. На графике (см. рис. 2, Д) показаны замерные параметры формирования Mo, W, Sn оруденения. Зональность от центра к периферии: Mo, Bi, W, Sn, Pb, Zn и Ag. Внизу преобладает Mo, в середине — Sn, Bi, вверху — W.
Скарново-карбонатно-грейзеновая формация (тип Катпара) возникала при развитии рудного процесса в контрастной для гранитов карбонатной среде надкупольной подзоны. Метасоматические и рудные процессы первоначально протекали в самом гранитном массиве, а затем распространялись вверх во вмещающие породы. Сначала происходили ороговикование, мраморизация и скарнирование.
Формирование руд связано с воздействием летучих компонентов и прежде всего фтора. Происходила грейзенизация. После отложения вольфрама (в виде шеелита) освободившийся фтор связывался во флюорите (Солнечное), топазе и слюдах. Вольфрамовый тип Акмаи — Катпара в карбонатных породах и скарнах в случае Катпара обладает специфичностью оруденения из-за зараженности вмещающих пород фамена Fe, Mn, Pb, Zn, S, вплоть до образования отдельных обогащенных прослоев (минерализация атасуйского типа). Происходила регенерация сульфидного и окисного оруденения, появился ряд новых минералов. Рудный процесс начинался в конце скарнообразования при 560—420°С, максимально проявился в грейзеновый этап (430—330°С, давление 150—70 МПа) и завершился в гидротермальную стадию (380—160°С, давление 80—50 МПа). Рудные тела имеют форму столбов, линз и неправильных залежей над выступами массивов гранитоидов. В самих гранитах рудоносны грейзены и кварцевые жилы с молибденитом.
Реконструкция разреза позволяет оценить первоначальную глубину залегания кровли массива в пределах 2 км, вертикальный размах оруденения более 350—400 м.
Примером более удаленной от интрузии зоны является кварцево-жильный тип Верхнего Кайракты. Оруденение приурочено к зонам повышенной проницаемости в терригенных породах. Соответственно понижены P—Т-параметры. Состояние растворов существенно жидкое, увеличен вертикальный диапазон оруденения. Состав руд существенно вольфрамовый с висмутом и молибденом, небольшой набор жильных и рудообразующих компонентов, околорудные изменения — серицитизация.
На основании стереомоделей представилась возможность построить прогноз как для типовых, так и для других месторождений и рудных полей, определить площади для доразведки, наметить новые благоприятные участки. Сравнение вновь открытых объектов с эталонными моделями позволяет отнести их к определенным рудным формациям (типам) и тем самым предварительно оценить перспективы (качественный прогноз), а изучение зональности и размаха рудной минерализации помогает оценить масштабы оруденения (количественный прогноз).
Расчеты по разным моделям позволили прогнозировать увеличение ресурсов примерно на 30%. Моделирование может помочь при планировании и проведении геолого-разведочных работ, оценке малоизученных проявлений.