Physical-chemical modeling of the ore-forming fluid of the Sukhoi Log deposit (Irkutsk region, Russia).pdf Введение В настоящее время физико-химическое моделирование (ФХМ) широко используется для исследования как глобальных геохимических процессов (образования зональности в коре выветривания [Ка-шик, Карпов, 1978], явления тепломассопереноса в верхней мантии Земли [Владимиров и др., 2019] и пр.), так и локальных (образование минеральных ассоциаций в условиях метаморфизма [Авченко и др., 2019], построение физико-химической модели для гидротерм озера Кипящего [Малышева, 2017] и др.). Также ФХМ применяется для моделирования процессов формирования месторождений золота [Zhuravkova et al., 2017; Гаськова и др., 2018], мо-либдено-вольфрамовых руд [Боровиков и др., 2020], ртути [Оболенский и др., 2006] и пр. В данном исследовании с помощью ФХМ рассчитан вероятный состав рудообразующего флюида месторождения Сухой Лог (Ленский золоторудный район Байкало-Патомского нагорья) и определен источник золота. Основными гипотезами происхождения месторождений сухоложского типа являются постмагматически-гидротермальная и метаморфо-генно-гидротермальная. Согласно первой, привнос золота связан со становлением постметаморфических интрузий, в качестве которых выступают гра-нитоиды (Константиновский шток), и гипотетические базитовые комплексы (Угаханский плутон), залегающие на глубине [Рунквист и др., 1992; Дист-лер идр., 1995; Laverov et al., 2001]. Вторая гипотеза основана на предположении, что рудообразующие растворы генерировались при региональном метаморфизме металлоносных углеродистых толщ, а интрузии имели второстепенное значение, влияя только на температурный режим [Немеров и др., 2005; Tarasova et al., 2020]. © Брюханова Н.Н., Бычинский В. А., Будяк А.Е., Чудненко К.В., 2020 DOI: 10.17223/25421379/17/2 Сценарий, на основе которого проводилось моделирование, включает три этапа. Этап I - конседи-ментационный (седиментация и диагенез, 610580 млн лет), во время которого происходит накопление и диагенетическое преобразование осадков с высоким содержанием сидеро-халькофильных элементов [Будяк и др., 2016]. На этом этапе золото связано с рассеянной пиритовой минерализацией, частично с глинистыми минералами и органическим веществом. Этап II - раннеколизионный (катагенез, 570-540 млн лет), связан с прохождением катагенно-го преобразование осадков, которому способствовало формирование пологих складчатых структур, возникших в результате тектонического напряжения из-за аккреции Байкало-Муйского композитного террейна и более молодых островодужных систем. Миграция катагенного флюида в сводовые части пологих антиклиналей, обеспечила аномальный фон золота и формирование сульфидной минерализации. На III коллизионном этапе метаморфизма (450420 млн лет) формируются рудные тела. На первой стадии в Т-, Р-условиях, соответствующих зелено-сланцевой фации метаморфизма: 300-390 °С, 56 кбар [Петров, Макрыгина, 1975], органическое вещество, сосредоточенное в апикальных частях антиклиналей, карбонизируется до состояния неструктурированного графита. Распад металлоносных флюидов сопровождается образованием воды, углекислоты, метана, сероводорода и азота. Золото и сопутствующие элементы частично переходят в метамор-фогенные растворы, а оставшаяся часть восстанавливается до свободного металла и образует рассеянную минерализацию в самородной форме и в виде интерметаллических соединений [Дистлер и др., 1995]. Формируется высокотемпературная минеральная ассоциация «кальцит, кварц, пирит, пирротин, арсенопирит». Следующая стадия характеризуется более низкими температурами (270-320 °С) и давлениями (0,5 кбар), что обусловлено метаморфическими преобразованиями и появлением зон трещиноватости вдоль осей складок в обезвоженных толщах. Как следствие, флюид, поступающий в зоны разуплотнения, формирует прожилково-вкрап-ленную минеральную ассоциацию, где высокотемпературный пирротин переходит в пирит и образуется полиметаллическая минеральная ассоциация с золотом. Рудоотложение становится более низкотемпературным, формируется сидерит - анкерит - кварцевой минеральная ассоциация с низким содержанием дисперсного золота. Цель данной работы - методом физико-химического моделирования подтвердить или опровергнуть предположение о возможности образования рудообра-зующего флюида из вмещающих пород. Экспериментальная часть В расчетах использовался состав вмещающих пород: метапелитов хомолхинской свиты Байкало-Патомского нагорья, минерализованных сланцев надрудной зоны [Немеров и др., 2010; Tarasova et al., 2020]; за состав руды принят стандартный образец СЛг-1 (табл. 1) [Yudovskaya et al., 2016]. Вмещающие породы1 | Минерализованные сланцы2 Таблица 1 Table 1 Руда3 Вес. % SiO2 59,95 58,8 57,6 TiO2 0,98 1,09 0,88 Al2O3 17,64 18,07 15,53 Fe2O3 6,7 2,55 7,47 MnO 0,08 0,08 0,11 MgO 2,98 2,85 3,06 CaO 0,53 0,69 1,06 Na2O 1,67 1,72 1,28 K2O 3,1 3,24 2,85 п.п.п.5 н.д.4 6,14 9,5 P2O5 0,2 0,19 0,12 S 0,15 0,53 1,02 C org 2,77 3,49 0,93 n проб 40 23 н.д. s 96,75 94,95 100 г/т Au 0,002 0,13 2,5 Ag 0,20 0,2 0,47 Mo 3,00 0,1 0,95 Ni 45,00 54,2 50 Zn 150 135 97 Pb 20 25 14,9 Cu 50 44,2 39 As 50 47,9 46 Примечание. 1 - углеродистые сланцы хомолхинской свиты Байкало-Патомского нагорья [Немеров, 1988], 2 - минерализованные сланцы из надрудной зоны [Немеров и др., 2005], 3 - СЛг-1: черные сланцы в контуре промышленного золоторудного тела [Slg-1, 2020]; 4 - н.д. - нет данных; 5 - п.п.п. - потери при прокаливании. Note. 1 - carbonaceous shales of the Khomolkhin Formation of the Baikal-Patom Upland [Nemerov, 1988]; 2 - mineralized shales from the supra-ore zone [Nemerov et al., 2005]; 3 - SLg-1: black shales in the contour of an industrial gold-ore body [Slg-1, 2020]; 4 -н. д. - no data; 5 - п. п. п. - loss on ignition. Химический состав пород месторождения Сухогй Лог The chemical composition of the Suhoi Log deposit Поскольку более 80 % золота связано с сульфидами и приурочено к мелким кварц-сульфидным прожилкам, в качестве состава рудо-образующего флюида использовался состав газо-во-жидких включений из минералов сульфидно-кварцевых прожилков [Yudovskaya et al., 2016]. Термодинамические свойства фаз взяты из [Reid et al., 1977; Yokokawa, 1988; Helgeson et al., 1978]. Модель включала 25 независимых компонентов: Ag, Al, As, Au, C, Cl, Cu, Ca, F, Fe, H, K, Mg, Mo, N, Na, Ni, O, P, Pb, S, Si, Ti, Zn, e, 167 минеральных фаз, 27 газов и 504 компонента водного раствора. Расчеты выполнены с помощью ПК «Селектор» [Чудненко, 2010]. Химический состав пород месторождения Сухой Лог приведен в табл. 1. Обсуждение результатов На первом этапе моделировалось образование рудоносного флюида в результате взаимодействия гидротермального (H2O + CO2 + CH4) содержащего раствора с рудой (СЛг-1) в условиях гомогенизации водно-солевых растворов [Yudovskaya et al., 2016]. Расчеты проводились при Р-, Т-условиях, характерных для прогрессивного метаморфизма - 385 °С, 2 430 бар; регрессивного метаморфизма - 350 °С, 237 бар; стадии максимального рудоотложения -210 °С, 237 бар и пострудной стадии - 210°С, 190 бар при соотношениях флюид/порода (фл/п) = 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1; 10. Максимальное перераспределение содержаний рудных компонентов между флюидом и породой происходили при отношении фл/п (1 кг/5 кг) = 0,2. Новообразованная газовая фаза представлена H2O, CO2, N2, H2S, H2, HF, CH4. Рассчитанный состав рудоносного флюида сопоставим с составом газовожидких включений кварцевых прожилков рудной зоны (табл. 2). В результате определены оптимальное соотношение фл/п 0,2 и Р-, Т-условия процесса формирования рудообразующего флюида 350 °С, 237 бар. На втором этапе моделировался процесс взаимодействия флюида (H2O + CO2 + CH4) с вмещающими породами при 350 °С и 237 бар, соотношение флюид / порода изменялось от 100 до 5 гр/100 гр породы. Установлено, что образование Au-содержащей твер- Содержание химических элементов дой фазы и равновесного с ней флюида не происходит. Минеральный состав представлен Chl, Mag, Mnt, Pl, Ap, Mgs, sluda, Apy, Qz, Ccp, Gn, Py, Rt, Fl (рис. 1). рН флюида изменяется 5,6-5,9. Основная форма нахождения золота в растворе - Au(HS)2-, AuHS0. На третьем этапе моделировался процесс формирования рудообразующего раствора. Со сланцами надрудной зоны (см. табл. 1) взаимодействует флюид содержащий CO2, CH4. Приняты Р-, Т-условия, соответствующие формированию рудного флюида, -237 бар и 350 °С. В реальных условиях такой процесс возможен, когда раствор, взаимодействующий с породами (см. табл. 1), находится в состоянии, близком к термодинамическому равновесию. Расчеты проводились при соотношениях фл/п от 0,0781 (7,81 г/100 г) до 1 (100 г/100 г). Установлено, что соотношение фл/п 0,08 является наиболее вероятным для формирования флюида, близким по составу к составу газово-жидких включений в прожилках кварца [Yudovskaya et al., 2016] (табл. 3). С уменьшением соотношения флюид / порода содержание золота во флюиде снижается, количество кварца, пирротина и пирита возрастает (рис. 2). Высокие содержания золота на месторождениях привязаны к кварцевым прожилкам с высоким содержанием, сульфидов, поскольку химический механизм осаждения золота связан с переходом серы из флюида в новообразованные твердые фазы - пирит, пирротин, аргентит и газовую фазу H2S. Таблица 2 в рудообразующем флюиде, моль/кг Н2О Table 2 Content of chemical elements in the ore-forming fluid, mol/kg H2O Слг-1 (рассчитанные) фл/п 0,2 [Yudovskaya et al., 2016] Элемент 1-я стадия 385 °С, 2430 бар 2-я стадия 350 °С, 237 бар 3-я стадия 210 °С, 237 бар 4-я стадия 210 °С, 190 бар K 0,8 0,26 0,21 0,18 1,59-10-2 Mg 0,39 7,83-10-3 4,54-10-3 3,27-10-3 6,60-10-3 Ca 3,60 10-3 6,17-10-5 3,56-10-6 2,61-10-6 3,70-10-3 As 1,09-10-4 5,49-10-5 6,1910-5 4,71-10-5 9,7010-5 Ag 1,91 ■ 10-6 7,93-10-7 1,34-10-8 1,41-10-8 6,58-10-5 Au 2.9310-8 2,78-10-7 2,85-10-9 2,85-10-9 1,02-10-7 Zn 1,97-10-4 3,88-10-6 1,95-10-7 1,34-10-7 3,68-10-3 Pb 1,34-10-5 1,82-10-7 1,85-10-9 1,12-10-9 9,60-10-6 Ni 4,27-10-3 4,82-10-3 4,84-10-3 4,83-10-3 2,13-10-4 pH 4,84 5,57 5,96 6,08 Eh, В -0,15 -0,27 -0,24 -0,26 Состав твердой фазы Chl, Ap, Mgs, Pl, Ms, Pg, Apy, Ccp, Dol, Gn, Hem, Qz, Au, Ilm, Arg, Fl, Py, Sp Ap, Mgs, Mnt, Pl, Ms, Pg, Apy, Ccp, Dol, Gn, Hem, Qz, Au, Ilm, Arg, Fl, Py, Sp Mgs, Mnt, Pl, Ms, Pg, Apy, Ccp, Dol, F-Ap, Gn, Hem, Qz, Au, Ilm, Sd, Arg, Py, Sp Mgs, Mnt, Pl, Ms, Pg, Apy, Ccp, Dol, F-Ap, Gn, Hem, Qz, Au, Ilm, Arg, Py, Sp Примечание. Mgs - магнезит, Mnt - монтмориллонит, Dol - доломит, Ccp - халькопирит, Fl - флюорит, Hem - гематит, Qz - кварц, Au - самородное золото, Ilm - ильменит, Py - пирит, Sp - сфалерит, Ap - апатит, Mag - магматит, Chl - хлорит, Pl - плагиоклаз, Gn-галенит, Apy - арсенопирит, Ms - мусковит, Pg - парагонит, Sd - сидерит, F-Ap - фторапатит, Arg - аргентит [Whitney, Evans, 2010]. Note. Mgs - magnesite, Mnt - montmorillonite, Dol - dolomite, Ccp - chalcopyrite, Fl - fluorite, Hem - hematite, Qz - quartz, Au - native gold, Ilm - ilmenite, Py - pyrite, Sp - sphalerite, Ap - apatite, Mag - magmatite, Chl - chlorite Pl - lagioclase, Gn - galena, Apy - arsenopyrite, Ms - muscovite, Pg - paragonite, Sd - siderite, F-Ap - fluorapatite, Arg - argentite [Whitney, Evans, 2010]. Рис. 1. Минеральный состав твердой фазы (моль/100 г породы), образующейся при взаимодействии флюида с вмещающими породами Chl - хлорит, Mag - магматит, Pl - плагиоклаз, Fl - флюорит, Rt - рутил, Mnt - монтмориллонит, Ms - мусковит, Pg - парагонит, Qz - кварц, Py - пирит, Sp - сфалерит, Apy - арсенопирит, Ccp - халькопирит, Gn-галенит, Mol - молибденит [Whitney, Evans, 2010] Fig. 1. Mineral composition of the silid phase (mol/100 g of rock) formed a result of fluid interaction with the host rocks Chl - chlorite, Mag - magnetite, Pl -plagioclase, Fl - fluorite, Rt - rutile, Mnt - montmorillonite, Ms - muscovite, Pg - paragonite, Qz quartz, Py - pyrite, Sp - sphalerite, Apy - arsenopyrite, Ccp - chalcopyrite, Gn - galena, Mol - molybdenite [Whitney, Evans, 2010] Таблица 3 Изменение состава флюида в зависимости от соотношения флюид / порода, моль/кг Н2О Change in the fluid compositin depending on the fluid / rock ratio, mol/kg Н2О Table 3 Элемент Флюид - порода [Yudovskaya et al., 2016] 0,078 0,08 0,1 0,5 1 Mg 2,92-10-4 1,75 10-5 9,25-10-7 2,59 -10-7 2,15 -10-7 6,60-10-3 Ca 3,40-10-2 2,73-10-3 9,86-10-5 2,35 10-5 2,01 10-5 3,70-10-3 K 3,6910-1 1,4-10-1 2,85-10-2 1,07 10-2 1,00 10-2 1,5910-2 As 2,75-10-11 4,32-10-11 5,3410-11 4,69 10-11 4,15 10-11 9,70-10-5 Элемент Флюид - порода [Yudovskaya 0,078 0,08 0,1 0,5 1 et al., 2016] Ag 2,1910-4 1,20 10-5 3,48-10-6 4,39-10-6 2,01 10-6 6,58 10-5 Au 9,93 10-8 1,9-10-7 3,77-10-7 5,9810-7 6,32-10-7 1,02-10-7 Zn 6,1310-5 4,84-10-6 9,53 10-8 1,14-10-8 9,91 ■ 10-9 3,68-10-3 Pb 2,1510-7 3,8610-6 1,13-10-6 1,24-10-6 1,28 10-6 9,60-10-6 Ni 1,53-10-6 2,32-10-6 2,87-10-6 2,88-10-6 2,82-10-6 2,13-10-4 Mo 1,22-10-6 2,02-10-7 4,12-10-7 6,10 -10-7 5,81-10-7 6,25-10-5 pH 5,63 5,93 6,41 6,71 6,73 Eh, В -0,42 -0,49 -0,55 -0,59 -0,59 0.08 0.1 флюид /порода -Ccp -Gn ---Cal -Po 1.E-02 1.E+00 1.E-01 1.E-02 1.E-03 1.E-04 1.E-05 1.E-06 1.E-07 1.E-08 1.E-09 r g те О a; 1.E-03 о. W -. , О. > 1- Q. о , о -o о s л / 1 о о 1.E-04 о о О . < 1.E-05 0.078 0.5 1 Apy Sp Py Au Рис. 2. Минеральный состав твердой фазы (моль/100 г породы) равновесной с флюидом в зависимости от соотношения флюид / порода Apy - арсенопирит, Ccp - халькопирит, Gn -галенит, Py - пирит, Sp - сфалерит, Cal - кальцит, Po - пирротин, Au - самородное золото [Whitney, Evans, 2010] Fig. 2. Mineral composition of the solid phase (mol/100 g of rocks) with the fluid, depending on the fluid / rock ratio Apy - arsenopyrite, Ccp - chalcopyrite, Gn - galena, Py - pyrite, Sp - sphalerite, Cal - calcite, Po - pyrrohotite, Au - native gold [Whitney, Evans, 2010] Таблица 4 Химический состав рудоносных флюидов, моль/кг Н2О) Table 4 Chemical composition of the ore-bearing fluids, mol/kg Н2О) Элемент Флюид / сланцы (0,08) Флюид /СлГ-1 (0,2) [Юдовская и др., 2015] Mg 1,75-10-5 9,31-10-3 6,6010-3 Ca 2,73-10-3 1,22-10-4 3,70-10-3 K 1,45-10-1 1,93 10-2 1,5910-2 As 4,32-10-11 3,1410-5 9,70-10-5 Ag 1,20 10-5 4,39-10-7 6,58-10-5 Au 1,92-10-7 3,38-10-7 1,02-10-7 Zn 4,8410-6 1,51-10-5 3,68-10-3 Pb 3,86-10-6 7,24-10-6 9,60-10-6 Ni 2,32-10-6 8,58 10-5 2,13 -10-4 Mo 2,02-10-7 9,97-10-7 6,25-10-5 pH 5,3 5,4 Состав твердой фазы Chl, Mag, Mnt, Pl, sluda, Apy, Ccp, Gn, Ap, Po, Qz, Rt, Au-Ag, Mol, Fl, Py, Sp Ap, Mgs, Mag, Mnt, sluda, Apy, Ccp, Dol, Hem, Qz, Au-Ag, Ilm, Py, Sp Примечание. Chl - хлорит, Mag - магнетит, Mnt - монтмориллонит, Pl - плагиоклаз, Fl - флюорит, Rt - рутил, Ms - мусковит, Pg - парагонит, Qz - кварц, Py - пирит, Sp - сфалерит, Apy - арсенопирит, Ccp - халькопирит, Gn - галенит, Mol - молибденит; Au-Ag - самородное золото / серебро, sluda - слюда, Hem- гематит, Dol - доломит, Ilm - ильменит. Note. Chl - chlorite, Mag - magnetite, Mnt - montmorillonite, Pl - plagioclase, Fl - fluorite, Rt - rutile, Ms - muscovite, Pg -paragonite, Qz - quartz, Py - pyrite, Sp - sphalerite, Apy - arsenopyrite, Ccp - chalcopyrite, Gn - galena, Mol - molybdenite; Au-Ag -native gold / silver, sluda - mica, Hem - hematite, Dol - dolomite, Ilm - ilmenite. Выводы 1. Содержание Au в модельном рудоносном флюиде, сопоставимое с составом включений [Yudovskaya et al., 2016], достигалось при -237 бар и 350 °С. На основе результатов моделирования можно предположить, что для основной стадии рудообразо-вания характерны эти Т-, Р-условия. Оптимальным соотношением флюид / порода для Слг-1 является 0,2, а для минерализованных сланцев - 0,08 (см. табл. 3, 4). 2. Образование флюида, равновесного с твердой фазой Au, сопоставимой по составу с рудным золотом из минерализованных сланцев, позволяет считать, что источником золота являются вмещающие месторождение черносланцевые породы, без дополнительного эндогенного источника. 3. Рудный процесс происходил при локальном перераспределении вещества. Оруденение сформировалось из минерализованных сланцев в объеме рудного тела и окаймляющих его минерализованных сланцев.

Скачать электронную версию публикации