На правах рукописи

УДК 551.21/.7+550.8+553.3

КОТЕЛЬНИКОВ АЛЕКСАНДР ЕВГЕНЬЕВИЧ

МЕДНОГОРСКОЕ ПАЛЕОВУЛКАНИЧЕСКОЕ СООРУЖЕНИЕ

И ПЕРСПЕКТИВЫ ЕГО РУДОНОСНОСТИ

Специальность:

25.00.01 – Общая и региональная геология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата геолого-минералогических наук

МОСКВА – 2013

Работа выполнена на кафедре месторождений полезных ископаемых и их разведки им. В.М. Крейтера Российского университета дружбы народов (РУДН) Научный доктор геолого-минералогических наук, руководитель: зав. кафедрой МПИ и их разведки РУДН Дьяконов Виктор Васильевич Официальные Косарев Александр Михайлович, оппоненты: кандидат геолого-минералогических наук, заведующий лабораторией палеовулканологии и металлогении, Институт геологии Уфимского научного центра РАН Авдонин Виктор Васильевич, доктор геолого-минералогических наук, профессор, Геологический факультет МГУ им. В.М. Ломоносова Ведущая Российский государственный геологоразведочный организация: университет им. Серго Орджоникидзе (МГРИРГГРУ), г. Москва

Защита диссертации состоится «23» мая 2013 г. в 16:00 часов в ауд. (5-й этаж) на заседании Диссертационного совета Д-212.203.25 при Российском университете дружбы народов по адресу: Москва, ул. Орджоникидзе, д. 3.

C диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РУДН по адресу:

117198, Москва, ул. Миклухо-Маклая, д. 6.

Автореферат разослан «22» апреля 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат геолого-минералогических наук Е.В. Карелина

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Урал является уникальной территорией с большим разнообразием полезных ископаемых. Территория Южного Урала является регионом с развитой горнодобывающей, транспортной и перерабатывающей инфраструктурой. Истощение запасов твердых полезных ископаемых ведет к огромным социальным проблемам моногородов. Таким образом, на сегодняшний день остро стоит вопрос о приращении запасов минеральных ресурсов.

Цель работы. Работа направлена на выявление новых перспективных участков, на обнаружение металлических полезных ископаемых на основе палеовулканических реконструкций, в комплексе с поисковыми геологическими и геохимическими исследованиями.

Основные задачи исследования:

1. Выявление основных закономерностей геологического строения территории;

2. Проведение палеофациального анализа вулканогенных и вулканогенноосадочных пород;

3. Проведение палеовулканической реконструкции в пределах изучаемого района;

4. Анализ структурных условий локализации полезных ископаемых;

5. Оценка потенциально перспективных площадей на проведение дальнейших поисково-оценочных работ.

Научная новизна.

Впервые для Медногорского рудного района проведена палеовулканическая реконструкция на основе специализированного палеовулканического картирования. Установлена приуроченность промышленного колчеданного оруденения Блявинского рудного поля к вулканическому центру крупного, ранее не известного, палеовулканического сооружения.

Методы решения поставленной задачи.

Анализ материалов предшественников. Дешифрирование спектрозональных космических снимков. Специализированное палеовулканическое картирование. Петрохимическое изучения пород.

Геохимическое картирование локальных участков.

Практическая ценность работы.

Проведенные исследования позволили по новому оценить геологическое строение территории, последовательность образования и фациальную принадлежность горных пород. Полученные результаты дают возможность предположить наличие новых рудных объектов в пределах изучаемой и сопредельных территорий.

Основные защищаемые положения:

1. Нижнепалеозойские образования Медногорского рудного района представляют собой единый вулканогенно-осадочный комплекс раннекембрийско-позднесилурийского возраста. В его состав входят вулканогенно-осадочные и осадочные породы двух серий:

­ нижняя серия раннекембрийско-раннеордовикского возраста (медногорская и кидрясовская свиты) с магматизмом основного состава;

­ верхняя серия среднеордовикско-позднесилурийского возраста (сарбайская и сакмарская свиты) с магматизмом кислого состава.

2. На территории изучаемого района было реконструировано крупное палеовулканическое сооружение раннекембрийско-позднесилурийского возраста, в пределах которого картируются жерловая, склоновая и удаленная фаций двух этапов магматизма, отвечающих гомодромной последовательности развития.

3. Основная медно-полиметаллическая минерализация (колчеданного и порфирового типа) сосредоточена в пределах вулканического центра палеовулканического сооружения. Золоторудная минерализация установлена за пределами вулканического центра и повсеместно приурочена к кровле серпентинитов.

Апробация работы.

В основу диссертации положены результаты выполненных научных исследований по территории Южного Урала:

Хоздоговорная тема/работа с ОАО «Компания ВОТЕМИРО» в 2006-2008 гг.;

Государственный Контракт (П241 - ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» 2009—2013 гг.) в 2010-2012 гг.

Результаты исследований докладывались на X Международной конференции «Новые идеи в науках о Земле» (Москва, РГГРУ, 2009);

Международной конференции молодых ученых и студентов «Уральская горнопромышленная декада 2009 (УГПД-2009)» (Екатеринбург, УГГУ, 2009);

Всероссийской конференции «Самородное золото: типоморфизм минеральных ассоциаций, условия образования месторождений, задачи прикладных исследований» (Москва, ИГЕМ РАН, 2010); Международной конференции по «Геологии, поискам и разведке полезных ископаемых, минерагения» (Москва, РУДН, 2011); VI Международной научной конференции «Молодые - наукам о Земле» (РГГРУ, Москва, 2012). Также главные результаты исследования выносились на обсуждение на заседаниях кафедры Месторождений полезных ископаемых и их разведки (РУДН).

Личный вклад автора. Личный вклад диссертанта заключался в сборе и анализе фондовой и опубликованной литературы по геологическому изучению Медногорского рудного района и сопряженных территорий, проведении дешифрирования спектрозональных космоснимков, карт рельефа и ландшафта.

Во время проведения полевых исследований в 2010-2012 гг. автор провел целую серию детальных геологических маршрутов по Медногорскому рудному району, результатом которых послужило построение детальных геологических разрезов, геологической и палеофациальной карты.

Лабораторные исследования обильного каменного материала заключались в петрографическом изучении особенностей пород (по 160 шлифам); в проведении рентгенофлуоресцентного анализа 300 образцов в лаборатории РУДН; изучении результатов силикатного и элементного анализа 15 образцов, выполненного в ИГЕМ РАН РФ; изучении результатов химического анализа 250 образцов, сделанного спектральным атомно-эмиссионным приближенноколичественным анализом в Александровской опытно-методической экспедиции (ОАО «АОМЭ»); изучении результатов количественного атомноабсорбционного химического анализа на золото по 30 пробам в Аналитическом Центре ФГУП ЦНИГРИ.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 6 статей в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК РФ, одно учебнометодическое пособие, 5 тезисов докладов и материалов конференций.

Структура и объем работы. Работа состоит из введения, пяти глав, посвященных обоснованию защищаемых положений, и заключения. Общий объем 183 страницы (печатного текста 130 страниц), включает 81 рисунок, таблиц и список литературы, состоящий из 133 наименований.

Благодарности. Автор глубоко признателен и благодарен своему научному руководителю Дьяконову Виктору Васильевичу за постановку задач исследования, непрерывное научное сопровождение и консультации при выполнении диссертационной работы. Так же автор благодарен сотрудникам кафедры МПИ и их разведки РУДН (Абрамов В.Ю., Георгиевский А.Ф., Долгинов Е.А., Кропачев С.М., Свешников К.И., Котельников Е.Е., Филатова Л.К. и др.) за помощь в решении вопросов по теме исследования, сотруднику ИГЕМ РАН (В.В. Наседкин) за помощь в области петрографических исследований. Диссертант выражает благодарность сотрудникам Геологического института РАН (Кузнецов Н.Б., Рязанцев А.В.), ООО «Газпром добыча Оренбург» (Кондратенко В.Ф.) за полезные консультации при написании работы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели и задачи исследования, охарактеризована научная новизна и практическая ценность работы, приведены защищаемые положения.

ГЛАВА I «Физико-географический очерк».

В административном отношении район исследования (Медногорский рудный район) относится к центральной части Кувандыкского района Оренбургской области РФ.

В главе изложено административно-территориальное устройство изучаемой территории, географические и геоморфологические особенности, почвенный покров и леса, климатические характеристики, рассмотрена экономическая инфраструктура района.

ГЛАВА II «История геологического изучения территории».

В структуре главы выделяется три раздела (стратиграфия, магматизм и тектоническое строение района).

В разделе стратиграфия изложены представления исследователей, о геологическом строении района начиная с работ 1927 года группы геологов ЦНИГРИ под руководством Н.К. Разумовского. Существенный вклад в изучение территории в 30-40-е года XX века внесли В.А. Заварицкий, В.М.

Сергиевский, в послевоенное А.В. Клочихин, Н.К. Разумовский, В.Н. Павлинов, В.Е. Руженцев, в 60-е годы – А.Д. Петровский, Т.Н. Корень, Г.Ф. Яковлев, В.В.

Авдонин, С.М. Кропачев, В.И. Старостин и др., в 90-е годы В.Т. Тищенко.

Начиная с конца 90-х исследованиями занимались сотрудники ГИН РАН (С.В.

Руженцев, А.В. Рязанцев, Н.Б. Кузнецов и др.), Уфимского научного центра РАН (В.Н. Пучков, А.М. Косарев, И.Б. Серавкин, О.В. Артюшкова, В.А.

Маслов, и др.).

Раздел магматизм кратко описывает представления предшественников о магматических образованиях изучаемого района.

В тектоническом отношении, в строении территории предшествующими исследователями (В.В. Авдонин, Г.Ф. Яковлев, С.М. Кропачев, В.И. Старостин, Г.В. Ручкин и др.) в 1950-1960-хх годах выделялись серии синклинальных зон, подзон и блоков, слагающих сложноскладчатую структуру «Блявинского рудного района». В представлении геологов ГИН РАН (А.В. Пейве, А.С.

Перфильев, С.В. Руженцев, Н.Б. Кузнецов, А.В. Рязанцев и др.) в 1970-ые годы была предложена гипотеза формирования территории в результате горизонтальных передвижений крупных литосферных плит, в результате чего была и выделена Сакмарская (Сакмаро-Кракинская) тектоническая зона, которая представляла собой гигантскую аллохтонную массу, залегающую поверх Зилаирского автохтона (синклинория).

Получается, что к строению Южного Урала, применяли существующие геологические концепции и парадигмы. В результате сложилась ситуация, что объективной геологической структуры до сих пор нет, хотя накоплен огромный фактический материал. Многочисленные исследователи ввели такое многообразие свит, горизонтов и толщ, что сопоставление их является весьма проблематичным и, до сих пор, нет четкой концепции истории геологического развития и стратиграфической последовательности.

ГЛАВА III «Геологическое строение района».

Содержимое главы III, включающей в себя три раздела и несколько подразделов, аргументирующих первое защищаемое положение.

Раздел III.1. «Стратиграфия».

Многочисленные геологические маршруты позволили построить целую серию детальных разрезов (протяженностью от нескольких сотен метров до первых километров) и проанализировать взаимоотношение пород. В результате была построена стратиграфическая колонка отложений, выделенные нами в раннепалеозойский медногорский комплекс (рис. 1) и схематическая геологическая карта (рис. 2).

Рис. 1. Стратиграфическая колонка Медногорского рудного района Условные обозначения: 1 – лавы, лавобрекчии, туфолавы, лавы основного состава; 2 – лавы, лавобрекчии основного состава; 3 – черные витрокластические вулканические туфы; 4 – лавобрекчии кислого состава с их туфами; 5 – туфолавы кислого состава (афировые риолиты, витрокластические вулканические туфы); 6 – рифогенные известняки; 7 – конгломераты (от глыбовых до галечника); 8 – брекчии (от глыбовых до дресвы); 9 – гравий; 10 – туфопесчаник (а – крупно-среднезернистый, б – средне-мелкозернистый); 11 – алевролит; – вулканический пепел (туфоалевролит); 13 – границы стратиграфических единиц (а – между свит, б – между свит предполагаемая, в – между пачек); 14 – фациальная граница между свитами; 15 – фациальная граница внутри свиты.

Кембрийская система нижний отдел–ордовикская система нижний отдел К самым древним породам изучаемой территорией (Медногорский рудный район) на основании собственных данных и анализа материалов предшественников мы относим вулканогенно-осадочные и терригенные отложения, выделяемые в медногорскую (Є1-O1 md) и кидрясовскую (Є1-O1 kd) свиты соответственно.

Рис. 2. Схематическая геологическая карта Медногорского рудного района Выходы отложений медногорской свиты (Є1-O1 md) распространены в центральной части изучаемой территории (в «Блявинской синклинали»), к западу, северо-западу и юго-востоку от нее на удалении до 10-15 км. В пределах «Блявинской синклинали» отложения рассматриваемой свиты представлены преимущественно брекчиями базальтовых эффузивов, лавами базальтов и долерито-базальтов, их туфами, игнимбритами. Вокруг этой структуры – лавами базальтовых порфиритов (оливиновых), долеритов, их туфами, лаво- и туфобрекчиями, туффитами. Возраст свиты определяется по фауне, находящейся в рифогенных известняковых постройках, расположенных на базальтовом субстрате (Н.К. Разумовский-1933; А.В.Клочихин-1959;

В.Т.Тищенко-1963,1988,1991; и др.).

Разрез (длина 0,6 км) через «Шапку Мономаха», в 4-5 км к северо-западу от д. Кидрясово.

Разрез (длина 3 км) между гор Верблюжья и Змеиная, в 10 км к северу от д. Кидрясово.

Разрез (длина 1,2 км) через стратотип кидрясовской свиты, расположенный в 0,5-1 км к юговостоку от д. Кидрясово Условные обозначения: 1 – породы медногорской свиты – базальты, долериты, их туфы, лавы, лавобрекчии и туфобракчии; 2 – породы кидрясовской свиты – грубозернистые зеленоватые песчаники, туфопесчаники, конгломераты, туффиты; 3 – породы сарбайской свиты – нижний горизонт: вулканогенно-терригенные отложения – обломки размером от мелкопесчанистых до галек, сцементированные глинистым и кремнистым материалом, верхний горизонт: черные витрокластические туффиты, с маломощными прослоями туфоалевролитов (глиниподобная порода); 4 – породы сакмарской свиты – нижний горизонт:

конглобрекчии (не окатанные обломки черных кремней размером до n10 см, сцементированные кремнистой массой серого цвета), верхний горизонт: – кремнистые туфы серого, сургучно-лилового, зеленого цвета, афировые риолиты, лавами (андезитовые и дацитовые), туфолавами, туфами кислого состава; 5 – отложений зилаирской свиты – алевролиты, аргиллиты, песчаники, гравелиты, встречаются шаровые и дископодобные формы; 6 – рифогенные известняки с фауной (в низах обломки базальтов сцементированы в карбонатной массе); 7 – линии границ: а) стратиграфические, б) горизонтов внутри стратиграфической единицы, в) рельефа; 8 – размерность эффузивно-обломочных пород (лавокластит): а) агломератовые, б) псефитовые; 9 – фауна с датировкой возраста (по материалам предшественников).

Выходы отложений кидрясовской свиты (Є1-O1 kd) расположены на удалении от «Блявинской синклинали» по кольцу шириной 5-15 км, и дальше на периферию перекрываются терригенно-осадочными и осадочными отложениями девонского и каменноугольного возрастов. Представлена свита преимущественно грубозернистыми зеленоватыми песчаниками, туфопесчаниками, конгломератами, туффитами, местами встречаются глинисто-кварцевые, глауконитовые песчаники. Возрастная датировка свиты основывается на фауне, присутствующей как в песчаниках самой свиты (гора Тырмантау возле д. Кидрясово), так и в рифогенных известняках и их обломках, залегающих на поверхности этих терригенных отложений (Н.К.

Разумовский-1933; А.В.Клочихин-1959; В.Т.Тищенко-1963,1988,1991; и др.).

Формирование рифов происходило на протяжении длительного временного интервала (до 50 млн. лет – Є1-O1). Размер рифогенных известняковых построек варьирует от первых метров до 100-150 м в поперечнике.

Проведенные геологические маршруты в пределах Медногорского рудного района позволили построить целую серию детальных геологических разрезов, из которых видно, что отложения медногорской и кидрясовской свит занимают самое нижнее положение в разрезе (рис. 3).

Повсеместно эти породы перекрыты одними и теми же породами вышележащей (сарбайской) свиты.

Ордовикская система средний отдел – силурийская система нижний отдел На породах раннекембрийско–раннеордовикской медногорской и кидрясовской свитах со стратиграфическим несогласием залегают вулканогенно-осадочные породы среднеордовикско-раннесилурийского возраста, выделенные в состав сарбайской свиты (O2–S1sb) (рис. 4).

Сохранившаяся мощность пород всей сарбайской свиты в пределах изучаемого района колеблется от 50 до 100м.

В строении свиты выделяется две пачки:

нижняя пачка сложена вулканогенно-осадочными отложениями базального горизонта, мощностью 20-100 м, представлена переслаиванием конгломератов, конглобрекчий, туфопесчаников (кварц-граувакковых, граувакко-кварцевых и олигомиктовых), туфоаргиллитов. Размерность обломков уменьшается вверх по разрезу.

верхняя пачка – вулканогенно-осадочная, в подошвенной части сложена кремнеподобными брекчиями преимущественно зеленого цвета мощностью 0,5-5 м. Остальная часть пачки представлена витрокластическими туффитами и туфолавами черного цвета мощностью от 5 до 20 м.

Поперечный разрез (длина 450м) № С-4 через большой хр. Сарбай Продольный разрез (длина 1 км) № С-0 через большой хр. Сарбай Рис. 4. Поперечный и продольный разрезы через большой хр. Сарбай.

Условные обозначения: 1 – базальты медногорской свиты; 2 – терригенные отложения нижней пачки сарбайской свиты; 3 – витрокластические туффиты черного цвета верхней пачки сарбайской свиты; 4 – конглобрекчии нижней пачки сакмарской свиты; 5 – туфы и туфолавы кислого состава верхней пачки сакмарской свиты; 6 – техногенные отложения открытой горной выработки; 7 – тектонические нарушения (разломы) и направления смещений; 8 – линии поверхности земли: а – реконструкция линии поверхности до отработки карьера, б – линия подошвы карьера; 9 – стратиграфические границы: а – между свит, б – между пачек; 10 – предполагаемые с высокой степенью достоверности стратиграфические границы: а – между свит, б – между пачек; 11 – предполагаемые стратиграфические границы: а – между свит, б – между пачек; 12 – участок с выполненными замерами элементов залегания (не менее 10) (в числителе элементы залегания, в знаменателе номер GPS-точки наблюдения); 13 – положение и номер поперечного разреза.

Структурно-петрохимические особенности верхней пачки сарбайской свиты Верхняя пачка сарбайской свиты (O2–S1sb) представлена витрокластическими туффитами и туфолавами преимущественно черного цвет, и распространена на большой площади (по кольцу радиусом 5-20 км вокруг «Блявинской синклинали»). Туффиты и туфолавы обладают плитчатой отдельностью (мощность 5-15 см), присутствуют маломощные (0,5-3 см) прослои глиноподобной породы (пепловые туфы). В пределах 10-12 км от центра «Блявинской синклинали» толща смята в разнонаправленные складки (течения, волочения, гравитационного скольжения, и др.). В районе хребта Сарбай в местах интенсивной смятости образовались двойные и четверные мощности, что и сделало их промышленно-экономически пригодными для добычи. Но в целом, в продольном сечении они лежат достаточно полого, с небольшими флексурными смещениями (рис. 4).

Возраст свиты определяется как среднеордовикский-раннесилурийский по остаткам граптолитов, диатомовых водорослей, конодонтов (Н.К. РазумовскийА.В.Клочихин-1959, В.Т.Тищенко-1963,1988,1991).

Макроскопически порода имеет черный цвет (встречаются полоски серого оттенка, плотная, твердая, с раковистым изломом. Визуально напоминает фтанит, опал, халцедон, яшму. Выветрелая поверхность имеет светло-серый до белого цвета. Встречаются включения сульфидов размером до 0,5 мм.

Выполненное петрографическое исследование этих пород показало их вулканогенное происхождение. Химический состав (табл. 1) свидетельствует о полном отсутствии органической составляющей, черный цвет обусловлен присутствием марганца и железа.

Химический состав (силикатный анализ) витрокластических туффитов.