MINERALOGICAL AND GEOCHEMICAL SPECIFICS AND PROSPECTS OF ORE-BEARING BLACK SHALE FORMATIONS OF THE DURUDZHINSKY STRUCTURAL AND FORMATION ZONE OF THE EASTERN SEGMENT OF THE GREATER CAUCASUS (AZERBAIJAN)

Наблюдаемое в последние десятилетия истощение запасов благородных металлов на месторождениях традиционного типа привело к тому, что в XXI в. ведущую роль начинают играть крупнообъемные месторождения с относительно невысоким содержанием металлов, пригодные для открытой отработки. В связи с этой проблемой расширения, обновления и комплексного использования минерально-сырьевой базы благородных и редких металлов необходимы поиски и разработка новых месторождений нетрадиционных генетических типов, в том числе локализованных в черносланцевых толщах

Как известно, черносланцевые отложения весьма перспективны для выявления редких и благородных металлов. Они вмещают такие крупные месторождения золота и редких металлов как Сухой Лог, Майское, Олимпиаднинское, Haталка в России, Кумтор в Киргизии, Бакырчик в Казахстане, Мурунтау в Узбекистане, Хомстейк в США и др. С этой точки зрения большой интерес представляют и черносланцевые отложения зоны южного склона Большого Кавказа.

В качестве объектов исследования выбраны слабоизученные ааленские черносланцевые отложения Дуруджинского тектонического поднятия южного склона Большого Кавказа, на благоприятные перспективы которых в отношении благородно- и редкометального оруденения впервые было обращено внимание И.Ш. Мамедовым, Н.А. Мусаевым, Г.А. Велиевым и др.

Целью настоящих исследований является определение особенностей состава черносланцевых отложений Дуруджинского тектонического поднятия южного склона Большого Кавказа и перспектив выявления в них благороднометального оруденения.

Для решения этих вопросов нами изучены петрографические и геохимические особенности черносланцевых отложений, характер распределения в них рудных минералов и органического вещества.

Данная работа основана на собственных полевых материалах исследованных черносланцевых отложений Дуруджинской зоны на примере наиболее типичных участков их развития (Галаджык, Гызылгая, Фильфилли) собранных в течение полевых сезонов (2012-2021 г.г.). Полевые геологические исследования осуществлялись на типовых участках с отбором проб необходимых силикатных, геохимических и минералогических анализов.

В ходе полевых геологических исследований образцы отбирались специальными экспресс-методами и портативным рентгенофлуоресцентным анализатором Niton.

Литолого-минералогические исследования образцов проводились микроскопическим методом, размеры поверхности и морфологические особенности отдельных минералов изучались на электронном микроскопе Jeol, элементы-примеси их определены рентгеноспектральным методом. Рентгеноструктурный анализ рудных минералов проводился на приборе D8 Advance производства немецкой компании Bruker.

Геохимический анализ благородных и редких металлов в пробах был выполнен с помощью масс-спектрометрических и атомно-адсорбционных методов в приборах Agilent.

Наличие и количество углерода в образцах определены термографическим и ИК-спектрофотометрическим методами.

Дуруджинская структурно-формационная зона является южным структурным элементом Промежуточной структуры второго порядка южного склона Большого Кавказа

В этой структуре рудоносные породы слоистые, локализуются они в ядерной части антиклинали, опрокинутой в юго-западном направлении, прослеживаются в тектонически слабых зонах и представлены метаморфизованными терригенно-осадочными образованиями, обогащенными органическим углеродом (1,35-8,36%).

В последние десятилетия в результате проведённых многочисленных исследований в пределах выявлено несколько рудо-проявлений колчеданной формации, приуроченных к определенным литолого-стратиграфическим горизонтам. Кроме того, в толще графитизированных сланцев аалена, содержащих углистое вещество, обнаружен молибден, предположительно отнесенный к ванадий-молибденовой ассоциации

В геологическом строении данной структуры развиты породы ааленского этапа средней юры, представленной аспидной и терригенно-флишоидной формациями. Отложения аспидной формации представлены монотонными черными графитизированными глинистыми сланцами с прослойками алевролитов и полимиктовых песчаников. В разрезе глинистой толщи существенную роль играют конкреционные прослои и конкреции песчано-сидеритового, глинисто-сидеритового и пирит-сидеритового составов.

Скопления конкреций отмечаются в контакте отложений аспидной и терригенно-флишоидной формаций, образуют довольно выдержанный по простиранию горизонт мощностью около 12 м и частично ассоциируют с горизонтами густой вкрапленности пирита. В этих горизонтах, местами обогащенных органическими остатками, часто встречаются маломощные прослои и линзы тонкодисперсных скоплений пирита глобулярного строения.

В северном и особенно южном обрамлениях Дуруджинской структуры в разрезе аспидной формации в различных горизонтах появляются пласты угленосных сланцев.

Терригенный флишоид сложен ритмичным чередованием полимиктовых песчаников, алевролитов, алевропесчаников и глинистых сланцев с линзовидным пропластками сингенетичного пирита. Флишоид верхней части полимиктов разреза грубеет и сменяется песчано-сланцевой толщей. Анализ фаций и мощностей терригено-флишоидных отложений ааленского этапа средней юры Дуруджинской структуры показывает, что они в своем объеме принадлежат к осадкам локального узкого трога, борта которого были осложнены конседиментационными разломами (рис.1).

Рисунок 1 - Поперечный геологический разрез Дуруджинской структуры:

1 – элювиально-делювиальные отложения; 2 – туфопесчаники, туфогравелиты; 3 – туфы, туфолавы андезит-дацитовогосостава; 4 – углистые глинистые сланцы; 5 – окремненные алевроглинистые сланцы; 6 – пелитоморфныеизвестняки; 7 – известковые песчаники; 8 – чередование слюдистых песчаников, алевролитов и глинистых сланцев; 9 – монотонные глинистые сланцы; 10 – прослои глинистых и глинисто-карбонатных сидеритов; 11 – пиритовые и пирит-сидеритовые конкреции; 12 – будинированные пиритовые и кварц-карбонат-пирит-халькопиритовые прожилки; 13 – зона Гайнарского разлома; 14 – зона Зангинского глубинного разлома; 15 – зоны брекчирования с кварцевыми прожилками; 16 – сбросо-надвиги и взбросы, надвиги; 17 – сдвиги, сбросы; 18 – кливаж рассланцевания

Примечание: горизонтальный масштаб – 1: 25000; составлен по геологическим материалам Главной Кавказской экспедиции

DOI:10.23670/IRJ.2023.130.96.1

Отложения терригенно-флишоидной формации средней юры на всем своем протяжении отделены на севере от терригенно-карбонатных пород верхней юры и нижнего мела Кайнарским разломом, а на юге – Зангинским разломом, южнее которого развита толща вулканогенно-осадочной формации верхнего мела, cложенная пирокластическими, вулканогенно-осадочными, лавовыми и субвулканическими фациями лейкобазальтов, оливиновых базальтов, трахибазальтов, трахиандезибазальтов и андезитов.

Вскрытие верхнемеловых отложений скважинами под среднеюрскими толщами на глубине 700-800 м доказывает надвинтую природу Зангинского разлома (рис.1).

В поперечном сечении Дуруджинская структурная зона имеет форму сходящегося по восстанию асимметричного тектонического клина с пологим (25-35о) северным (Кайнарским) и более крутым (45-75о) южным (Зангинским) ограничениями. Эти разломы выражены узкими зонами рассланцевания и дроблением с глинкой трения, сопровождающимися кварцевыми и кварц-кальцит-пиритовыми прожилками.

В этой зоне установлены десятки рудоносных объектов, сопровождаемых благородными и другими металлами, расположенных в зонах гидротермально-измененных пород вдоль общекавказских и поперечных разломов (рис. 2).

Рисунок 2 - Cхематическая карта расположения золото-сульфидных рудопроявлений в Дуруджинской структурно-формационной зоне южного склона Большого Кавказа

DOI:10.23670/IRJ.2023.130.96.2

Из них наиболее перспективным на золото и редких металлов являются Гызылгаинская, Филфиллинская и Галаджыкская площади. Рудоносные оруденелые зоны в этих объектах морфологически представлены ​​пластами, сопровождаемыми вкрапленной и прожилковой минерализацией. На основании геофизических и геохимических данных изучены особенности пространственного распределения оруденения по глубине и горизонтали.

Исследования по этим объектам проводились на основании личных материалов авторов и материалов проведенных поисково-разведочных работ

Пробы, отобранные в этих зонах, сопровождаются высокими концентрациями золота, серебра и ряда других металлов (табл.1).

В зонах раздробленных и смятых глинистых сланцев этих объектов оруденение представлено кварц-кальцит-сульфидными агрегатами. Эти зоны наблюдаются в нескольких разрезах и имеят мощность от 5-10 метров и прослеживаются на поверхности земли на расстоянии до 2,0 км.

Специфической особенностью черносланцевой толщи в этих участках является наличие горизонта протяженностью до нескольких десятков метров, представленного многочисленными конкрециями, отличающимся по составу, форме и размерам.

В некоторых горизонтах продуктивной толщи, конкреции составляют 8-13% от общей массы породы. Именно с этими горизонтами связано большинство скоплений руды. Среди конкреций встречаются карбонатные (преимущественно сидерит), сульфидные (пирит, значительно меньшее количество марказита) и смешанные (сидерит-пирит, пирит-глина, сидерит-пирит-песчаник и др.) образования шаровидными, овальными, почечно- и линзовидными формами. Большинство из них содержат кварц, графит и другие минералы, которые образуют мелкие (измеряемые в мм и более мелкие) прожилки, гнёзда и вкрапленники.

На этих рудоносных площадях оруденение представлено линзо-и пластообразным, линзовидно-конкреционным и прожилково-вкрапленным типами, которые значительно отличаются друг от друга по количеству благородных и других металлов. С практической точки зрения наибольший интерес представляют рудам прожилково-вкрапленного типа, широко распространенным на изученной территории и характеризующимся высокими концентрациями указанных элементов.

В оруденелых зонах наблюдаются три типа рудной минерализации: сингенетическое, эпигенетическое прожилково-вкрапленное золото-сульфидно-кварц-кальцитовое оруденение и окисленные в виде полосы мощностью до 10 метров руды.

Пиритовая минерализация сингенетического типа широким развитием пользуется на рассланцеванных участках Дуруджинской зоны и прослеживается на расстоянии более чем на километр.

Оруденение эпигенетического типа наблюдается на локальных участках, особенно в зонах, подверженных сильным гидротермальным изменениям. Этот тип оруденения располагается в продуктивном горизонте протяженностью более 1 км, с неравномерно рассеянными вкрапленниками пирита, в разной степени замещенными гидроксидами железа.

Для окисленных руд характерно накопление свободного золота в гипергенных минералах, являющихся продуктами распада первичных сульфидов, удерживающих включениях тонкодисперсного золота.

В целом пирит считается ведущим минералом руд, характеризующихся очень простым минеральным составом и представлен образованиями как сингенетической, так и эпигенетической природы.

На электронно-микроскопических снимках образцов пирита наблюдаются псевдоморфозы этого минерала по остаткам микроорганизмов.

Неотъемлемой частью сингенетический сульфидной минерализации являются нередко встречающиеся сферические (глобулярные) агрегаты пирита. Строение этих мелких образований, размером всего до нескольких микрон в поперечнике, отчетливо проявляется при изучении их под электронным микроскопом (рис.3: а и б). Наряду с тесно расположенными глобулитами часто встречаются также одиночные сферолиты минерала по микроорганизмам.

Рисунок 3 - Морфологические разновидности пирита:

а - фрамбоидалный пирит под электронным микроскопом Х5500; б - сферолиты пирита по микроорганизмам под электронным микроскопом Х13000; в - хорошо огранённые идиоморфные и точечные кристаллы эпигенетического пирита

Примечание: Аншлиф, Х 90

DOI:10.23670/IRJ.2023.130.96.4

Не исключая возможность экспериментально доказанного формирования глобулярных обособлений как биогенным, так и абиогенным путем, следует отметить, что частая приуроченность аналогичных агрегатов на участках Дуруджинской зоны к прослойкам вмещающих пород, обогащенным Сорг, и ассоциация их с псевдоморфозами указанного минерала по микрофаунистическим остаткам позволяют относить их к пирит-генерирующим микроорганизмам или возможно метасоматическим образованиям, развивающимся по отмершим микроорганизмам.

В отличие от сингенетического пирита эпигенетический пирит не отличается разнообразием агрегатных форм и обычно встречается в виде изометричных хорошо огранённых зерен размером в сотые и десятые доли миллиметра в поперечном сечении (рис. 3в).

Главная масса золота в зонах минерализации связана с пиритом, в зернистых пятнисто-вкрапленных и прожилковых образованиях которого оно рассеяно в тонкодисперсной форме. Возможно также присутствие мелких включений золота, реомобилизованного при разложении микроорганизмов сингенетических пиритов метаморфическими и гидротермальными процессами. Следует подчеркнуть, что невидимое золото, в метаморфогенно-гидротермальной системе сосредоточенное в эпигенетическом пирите, в последующих этапах становится видимым

Как отмечалось многими исследователями, сорбция и восстановление микроэлементов в первичных осадках происходили на фоне соосаждения сульфидов железа и в значительной мере определялись его интенсивностью. Исследования рудоносной черносланцевой толщи Дуруджинской структурно-формационной зоны позволили выявить зависимость содержаний ряда рудных элементов, в частности золота, от степени сульфидизации пород. Содержания золота, свинца, молибдена, кобальта, никеля, меди и лантана закономерно возрастают с повышением степени сульфидизации пород (табл. 2).

В этом же направлении концентрации селена, урана и олова понижаются, а содержания серебра, марганца и ванадия не зависят от процесса сульфидизации.

Многочисленные горизонты черносланцевой толщи региона имеют повышенную сульфидную минерализацию, достигающую 1-2 %, а местами 6-9 и более %. Основным сульфидным минералом здесь является пирит, представленный разноразмерными кристаллами, линзовидными агрегатами, линзами зонального и незонального строения, прожилками, мелкими линзовидными жилками, мельчайшей сыпью глобулярных, а также тонкозернистых разностей – состоящих из смеси марказита и пирита. В отдельных горизонтах местами преобладает пирротин. Он, как правило, представлен мелкими (1-3 мм и менее) линзовидными выделениями вдоль слоистости и сланцеватости пород. Другие сульфиды обнаружены только под микроскопом, обычно в виде включений в микротрещинах эпигенетических пиритов. По убыванию они представлены: халькопиритом, марказитом, галенитом, сфалеритом, молибденитом. Из других рудных минералов в черносланцевых отложениях региона часто встречается марказит. Анализируя геохимические особенности сульфидных минералов (табл.3) по данным электронно-микроскопических исследований, отмечается, что в эпигенетических пиритах содержание рудогенных элементов-примесей как Au, Co, Cr, Cu, Zn, Pb очень высокое, нежели в глобулярных пиритах. Причиной этого может быть генетические различия накопления указанных элементов в этих минералах. Максимальная концентрация золота в кристаллах пирита метаморфического генезиса рудоносных зон достигает в горизонтах, содержащих углистое (оргоногенное) вещества, до – 2,76%. Максимальное содержание серебра 2,02% характерно для глобулярных пиритов. Максимальные содержания (в %-х): Co – 0,44, Sn – 0,02, Pb – 0,012, Zn – 0,99 и Cu- 0,72 отмечены в эпигенетических пиритах. Для глобулярных пиритов характерно присутствие максимальных концентраций Se (3,07%). В зонах пиритовой минерализации в зависимости концентрации сингенетического и эпигенетического пирита содержание золота и серебра варьируют в пределах от 0,41 до 1,66г/т и от 0,27 до 14,6 г/т соответственно

Зоны окисления изученных рудных объектов в зависимости от местности, геоморфологических условий, глубины залегания исходных руд и разнообразий текстурно-структурных особенностей рудообразующих минеральных агрегатов и др. развивались неравномерно. Расположение этих проявлений в зоне относительно влажного климата показывает, что электрохимические процессы, наряду с химическими факторами, играют весьма важную роль в формировании их зон окисления. Мощность зон окисления в рудных объектах изменяется в зависимости от мощности рудовмещающих слоев в зонах тектонических разломов. В этих зонах сульфиды и карбонаты замещались гидроксидами железа и гипсом, растворялись и удалялись. Сопоставление условий накопления различных типов оруденения, их морфологических особенностей, местонахождений и последовательности минералов показывает, что сульфидные ассоциации формировались в несколько этапов в течение длительного времени.

Эти этапы связаны с процессами складчатости, различными типами и направлениями разрывных нарушений. Опыт исследований показывает, что на начальном этапе, синхронно с процессом породообразования, образовались горизонты с пиритными конкрециями, в последующем этапе развития тектонических процессов формировались сульфидные прожилки. Эти прожилки отличаются от осадочных пиритовых агрегатов, слагающих рудный флиш, как своим внутренним строением, так и характеру размещения. Агрегаты пирита, обнаруженные в зонах оруденения, залегают в соответствии с осадочными породами. Часто претерпевая фациальные изменения, они сопровождаются кварцем и карбонатами. Контакт пластов с окружающими породами обычно очень плавный, мало чем отличающийся от контакта между песчаниками и глинистыми сланцами. Прожилково-вкрапленное оруденение обычно не соответствует общему залеганию вмещающих пород, и сульфидные руды встречаются только в ассоциации с кварцем и карбонатами. Сами рудовмещающие породы интенсивно пиритизированы со следами зеркального скольжения по поверхности, контакты их кливажные. Поскольку здесь сильно развиты тектонические процессы, можно сделать вывод, о том что это связано с более поздними стадиями формирования золото-сульфидного оруденения.

Из мировой литературы известно, что органические вещества, содержащиеся в сорбционных характеристиках черных сланцев, оказывают существенное влияние на накопление некоторых редких и радиоактивных элементов. С этой точки зрения черные сланцы Дуруджинской структурно-формационной зоны ранее не изучались и анализы органического вещества не проводились. Азадалиев Дж.А. и т.д.

Таким образом, богатые углеродом сланцы обладают сильной сорбционной способностью и характеризуются рудоосаждающими, регенеративными, барьерными свойствами, активирующими электрохимические процессы при рудообразовании и играющие положительную роль в процессах минералообразования и образования рудной массы

Наличие, количество, сочетания и свойства углеродистых веществ в исследованных нами образцах изучались термогравиметрическим, пиролизным, электронно-микроскопическим, ИК-спектроскопическим и другими методами.

В работах Иванкина П.Ф. и Назарова Н.И.

Отмечено, что большинство образцов стадийном теряют основную часть своей массы при температуре 400оС, органические вещества разлагаются при 350-400оС, а сульфиды – при 500-550оС. Следует отметить, что А.К. Кумбазаров и др.

Содержания элементов-примесей в черносланцевых отложениях Дуруджинской структурно-формационной зоны в зависимости от концентрации Cорг, % представлены на рис. 4.

Рисунок 4 - Зависимость содержаний элементов-примесей в черносланцевых отложениях Дуруджинской зоны от концентрации Cорг

DOI:10.23670/IRJ.2023.130.96.7

Как видно из рис. 4, с увеличением в черносланцевых отложениях концентраций органического углерода, возрастают содержания золота, молибдена, меди, селена, ванадия, марганца и урана, а содержания серебра, свинца, кобальта, никеля и лантана уменьшаются.

В целом, по Я.Э.Юдовичу и М.П. Кетрис, черные сланцы делятся на 4 группы. Обогащенные органическим веществом (Сорг>1%), низкоуглеродистым (Сорг = 1-3%), углеродистым (Сорг = 3-10%), высокоуглеродистым (Сорг >10%)

По результатам анализа Сорг черные сланцы Дуруджинской зоны относятся к низкоуглеродистой и углеродистой группам. Однако следует отметить, что в этой зоне часто отмечается графитизированные сланцы.

Таким образом, органическое вещество является важным фактором, создающим благоприятные условия для осаждения рудных минералов, оно в зависимости от фациально-литологического типа пород образует высокие концентрации преимущественно в глинах.

Корреляция между концентрациями ряда микроэлементов и Сорг в черных сланцах может быть объяснена сорбционными свойствами органических веществ.

В пределах Дуруджинской структурно-формационной зоны в песчано-глинистых породах установлены повышенные концентрации золота и ряда редких элементов.

В черносланцевых образованиях указанной зоны обнаружена прямая зависимость содержаний металлов, и в частности золота, от степени проявления в них сульфидизации и концентрации органического вещества (Сорг.).

Различие аномальных значений при этом в концентрации золота и некоторых редких элементов зависит от степени сульфидизации пород, особенностей их накопления и распределения, а также степени воздействия гидрогеохимических процессов, протекающих в приразломных зонах различного направления.

В результате проведенных исследований установлено, что участки, характеризующиеся повышенной степенью сульфидизации, в плане концентрации ряда редких и благородных металлов являются перспективными для поиска этих элементов.