Особенности геологического строения Белоусовского колчеданно-полиметаллического месторождения (Восточный Казахстан) по результатам трехмерного компьютерного моделирования

Глава 4. Четвертая залежь Белоусовского месторождения.

Современная гелогическая структура 4-й залежи. 4-я залежь расположена на 280 м ниже залежи 5. В обобщенном виде 4-я залежь представляет собой ленту, средняя ширина которой равна 100 м, а протяженность близка к 6 км. В разных частях в залежи по ее мощности фиксируется от одного до 4-5 параллельных друг другу рудных тел, отстоящих друг от друга по мощности на первые метры. По направлению с юго-востока на северо-запад азимут простирания осевой линии залежи довольно устойчив 316-320^o.

С места выклинивания залежи под рыхлыми четвертичными наносами на юго-востоке в направлении на северо-запад осевая линия лентовидной 4-й залежи постепенно под углами 15-10^o погружается от абсолютной высотной отметки +300 м до глубины с абсолютной высотной отметкой -450 м на расстоянии 4200 м. Затем ось ленты начинает воздыматься сначала с темпом в 10-15^o, а затем более круто под углом 30^o выходит на поверхность коренных пород под четвертичные осадки примерно в 6000 м на крайнем северо-западе. Последние 900 м это уже не рудная залежь, а скорее слабо минерализованная зона.

Углы падения залежи в направлении поперечном простиранию заметно варьируют на протяжении 6 км. Азимуты падения везде близки к 48^o. Меняются только углы падения. На юго-восточном фланге углы падения близки к 35^o. При движении на северо-запад углы падения становятся круче и на расстоянии 500 м приближаются к 45^o. В крайних северо-западных профилях (разрезы 46, 47) углы падения становятся еще круче и достигают 70^o. Образно выражаясь, геологическая структура на данном участке подобна "пропеллеру" - на расстоянии 1 км плоскость залежи поворачивается на 35^o.

В том виде, в каком залежь предстает на поперечных геологических разрезах, прежде геологи [Попов и др., 1995] верхнюю часть залежи привычно и довольно логично называли "кровлей" или "висячим боком". Во многих поперечных разрезах при разведке обнаруживались ответвления от основного рудного тела, круто уходящие вверх. Опять же, довольно логично было называть эти ответвления - "апофизами".

Генетические типы руд 4-й залежи. В 4-й залежи выделяются 2 типа руд разного генезиса: эксгаляционно-осадочные и жильно-метасоматические.

Эксгаляционно-осадочные руды образуют рудные тела, согласные с вулканогенно-осадочными вмещающими породами. Рудные тела представляют собой сплошные сульфидные руды, переслаивающиеся с первично хемогенно-осадочными околорудными пирит-кварц-серицитовыми и хлорит-кварц-серицитовыми породами. Сульфидная часть руд сложена пиритом, сфалеритом, галенитом и халькопиритом. Руды имеют полосчатую (слоистую) текстуру разного порядка. Миллиметровые прослои отличаются друг от друга переменным количеством всех сульфидов. Рудные сульфидные прослои богаты содержанием Cu, Pb и Zn. Сумма содержаний этих трех металлов нередко превышает 20%. Мощность рудных тел, сложенных эксгаляционно-осадочными рудами, варьирует от первых десятков сантиметров до 8 м. По направлению с юго-востока на северо-запад два основных рудных тела эксгаляционно-осадочных руд в центральной части залежи сменяются одним. Оба этих рудных тела являются промышленными. В соответствии с положением в стратиграфическом разрезе залежи одно тело именуется Нижним рудным телом, а другое - Верхним рудным телом. Верхнее рудное тело вмещает 80% промышленных запасов руды залежи.

Жильно-метасоматические руды слагают обычно маломощные (5-20 см) жилы и прожилки сплошных сульфидов, обрамленные также маломощными (0,1-0,5 м) зонами (зальбандами) вкрапленного оруденения, с быстро убывающими в стороны содержаниями металлов. Сульфидные жилы и прожилки пересекают вулканогенно-осадочные породы под крутыми углами (40-90^o). По уровню содержаний металлов жильно-метасоматические руды обычно классифицируются как забалансовые руды (второсортные, низкого качества) - сумма содержаний в них металлов обычно не достигает 3%.

Палинспастические реконструкции залежи. Глядя на геологические разрезы, на которых отражено нынешнее опрокинутое залегание, трудно представить себе первичную структуру залежи, существовавшую в период рудоотложения. Для того, чтобы приблизится к пониманию первоначальной структуры, приходится делать крутой разворот всех геологических разрезов на 130-140^o по часовой стрелке.

Представим себе, что мы уже проделали эту работу и поняли, что 4-я залежь состоит из двух рудных тел, сложенных эксгаляционно-осадочными рудами (Нижнее и Верхнее рудные тела), и нескольких жильно-метасоматических маломощных штокверковых зон, которые, вероятно, являлись рудоподводящими каналами, выводившими рудообразующие растворы в зону эксгаляционной разгрузки на морском дне.

Углы обратного падения 4-й залежи варьирует по простиранию от 20^o до 80^o на протяжении 1 км. Поэтому угол разворота каждого отдельного разреза может меняться от 100^o до 160^o. Делу помогает предположение о том, что кровля эксгаляционно-осадочных рудных тел должна быть плоской в соответствии с приблизительно плоским морским дном. Кроме того, кровля должна быть субгоризонтальна. Эти два предположения помогают выполнить палинспастические реконструкции по одинаковым критериям в разных участках залежи.

Признаки опрокинутого залегания 4-й залежи. В складчатых, сильно деформированных районах, если толщи лишены палеонтологических ископаемых остатков, трудно определить характер залегания геологических тел - прямое залегание или опрокинутое. Изучение 4-й залежи привело нас к выводу, что она находится в опрокинутом залегании. Этот вывод основывается на анализе следующих структурных признаков: форма эрозионного среза экструзивов; строение конседиментационных впадин; направление рудоподводящих разломов; литологическая колонка рудной зоны; зональность (асимметричность) распределения околорудных измененных пород.

Существование антиформной складки на месторождении признают все геологи. Но одни геологи [Дробышевский, 1978; Лычаков, 1980; Полянский, 1983] считают эту складку антиклинальной не только по форме, но и по содержанию. По их мнению, все залежи месторождения имеют один и тот же, предположительно, эйфельский (или живетский) возраст и являются результатом одного осадочно-вулканического цикла. Другие геологи [Гармаш и др., 1970; Иванкин, 1957; Кузебный и др,. 1975; Попов и др., 1995] ссылаясь на не вызывающие доверия палинологические определения, считают, что одни залежи Белоусовского месторождения формировались в нижнем девоне (эмс-эйфель), другие - в живете, третьи - в верхнем девоне (фамен). По их мнению, сложная череда тектонических движений сомкнула разновозрастные залежи в цепочку рудных тел, которая образовала псевдоантиклинальную антиформнию структуру, а, на самом деле, возраст вулканогенно-осадочных отложений, слагающих месторождение, последовательно нарастает по направлению с юго-запада на северо-восток от эмса до фамена. Тем самым, мы становимся на точку зрения о том, что Белоусовское месторождение имеет моноклинальную структуру. И тогда получается, что одна полоса залежей (залежи 2, 5, 4, 6 и 8) локализована в породах эйфельского возраста, а другая - (залежи 1, 3, 7, 9, 10 и 11) локализована в отложениях живетского и фаменского возраста.

Схема вулканогенно-осадочного образования руд противоречит моноклинальной структуре месторождения. В соответствии с этой схемой обе полосы залежей образовались в морских условиях одновременно при субгоризонтальном залегании отложений, а потом были смяты в антиформную складку, составляющую основу геологической структуры месторождения.

Наиболее четко антиформная складка отрисовывается цепочкой рудных залежей. Она имеет следующие параметры. Простирание оси 318^o ± 2^o. Угол падения осевой плоскости около 45^o на северо-восток (направление падения 48^o). Антиформная складка имеет опрокинутое строение: ее юго-западное крыло подвернуто и имеет обратное падение в среднем под углом 45^o на северо-восток. Складка сильно сжата. Размах крыльев, если его мерить по рудному горизонту, устойчив: на глубине 200 м - 350 м; на глубине 600 м -350 м; на глубине 1000 м -350 м.

Все юго-западные залежи (2-я, 5-я, 4-я, 6-я и 8-я) при таком понимании структуры месторождения оказываются в опрокинутом залегании. И тогда совершенно меняется трактовка одной из интереснейших особенностей этих залежей.

Рудоподводящие каналы (разломы). Прежде считалось [Галдин, 1957; Иванкин, 1957; Гармаш, 1970; Кузебный и др., 1975; Козлов и др., 1982; Попов и др., 1995], что одной из самых ярких особенностей 4-й залежи является наличие крупных "апофиз" в ее "висячем боку". И, действительно, почти в каждом разрезе можно видеть, как от основного рудного тела вверх под углами 50-85^o отходят рудные ответвления (рис. 4.2). Они удаляются от основного рудного тела на 20-30 м (в отдельных случаях на 50 м). Мощность апофиз, замеренная по содержанию суммы металлов, превышающей 3%, небольшая - 0,1-0,5 м. Редко мощность достигает 1,0-1,5 м. В поперечном сечении апофиза обычно имеет жильную богатую сердцевину, сложенную сплошными сульфидами (0,1-0,3 м), которая окружена ореолом вкрапленной рудной минерализации, густота которой быстро снижается до нуля при удалении от стержня жилы.

Мы утверждаем, что на месторождении существует антиформная складка, а 4-я залежь находится в ее подвернутом крыле в опрокинутом положении. Чтобы правильно проинтерпретировать те структурные элементы, которые раньше называли "апофизами", нужно произвести палинспастическую реконструкцию разрезов с приведением осевой линии рудного тела к горизонтальному положению (рис. 1). И тогда становится ясно, что все рудные ответвления находятся в лежачем боку залежи. А в висячем боку вообще нет никаких ответвлений рудных тел. Верхняя граница рудных тел (их кровля) оказывается гладкой. Зато на нижней границе рудных тел (в их подошве, в лежачем боку) фиксируются крупные "зазубрины", отходящие круто вниз.

Рис. 1. Интерпретация разреза 34 4-й залежи Белоусовского месторождения. а- старая; б- новая; в- окончательный вид палинспастической реконструкции разреза на "момент" формирования Верхнего рудного тела.

Если создать палинспастическую реконструкцию 4-й залежи на время рудоотложения в виде карты и разреза (рис.2), то мы увидим, что в залежи присутствуют два рудных тела (две рудные ленты - Нижнее и Верхнее рудные тела), согласных с элементами залегания вмещающих пород. Они отстоят друг от друга по вертикали (по мощности залежи) на 2-5 м. А по простиранию они протягиваются на северо-запад (320^o), прижимаясь к зоне Основного продольного разлома, в котором сосредоточена основная часть рудоподводящих жильно-метасоматических штокверков, которые выносили на морское дно в зону рудоотложения металлоносные растворы. Основной продольный разлом по смыслу является сбросом. Сброшена северо-восточная часть залежи. Амплитуда сброса меняется по простиранию разлома от 20 до 50 м и более.

Рис. 2. Палинспастическая реконструкцция центральной части 4-й залежи Белоусовского месторождения на период рудоотложения. а- схематический геологический план центральной части залежи в проекции на горизонтальную плоскость (на морское дно): 1- внешняя граница залежи; 2- Основной Продольный сброс - рудопитающая структура для Верхнего рудного тела; 3- Параллельный Продольный сброс - рудоподводящий канал при формировании Нижнего рудного тела; 4-проекция Нижнего рудного тела на горизонтальную плоскость; 5- проекция Верхнего рудного тела на горизонтальную плоскость; 6- проекция выхода экструзива риолитов под подошвой Нижнего рудного тела. б- разрез нижней части залежи на "момент" формирования эксгаляционно-осадочных руд Верхнего рудного тела: 7- эксгаляционно-осадочные руды (мощность преувеличина); 8- жильно-метасмоматическая сульфидная минерализация вдоль крутопадающих рудораспределяющих каналов (мощность преувеличена); 9- сланцы по риолитовым эффузивам; 10- околорудные измененные породы; 11- черные сланцы; 12- туфогенно--осадочная толща (туффиты, туфопесчаники, туфы, кремнистые породы); 13- разрез по линии А-В (профиль 35).

Ранее в залежи выделялось "Основное рудное тело". В современнной трактовке это - Верхнее рудное тело. Считалось, что от Основного рудного тела в висячий бок залежи отходят многочисленные маломощные "апофизы". Но, если произвести правильную палинспастическую реконструкцию геологической структуры месторождения на период рудоотложения, то, окажется, что это никакие не "апофизы", а остатки рудоподводящих каналов.

По определению, верхушки рудоподводящих разломов не должны выходить выше кровли питаемых ими эксгаляционно-осадочных рудных тел. Кровля таких рудных тел должна быть "гладкой", а лежачий бок залежи, наоборот, может быть насыщен штокверковыми жильно-метасоматическими зонами минерализации.

По признаку присутствия рудоподводящих разломов в лежачем боку и отсутствия их в висячем боку современное структурное положение 4-й залежи нужно считать опрокинутым.

Денудированный "кувшинообразный" экструзив. В нескольких разрезах скважинами и горными выработками (квершлагами и штреками) были вскрыты небольшие риолитовые интрузивы. По структурно-текстурным особенностям пород и по рвущим контактам этим интрузивам придавался статус субвулканических образований. Форма этих тел и их размеры известны плохо, так как они оконтурены только в единичных случаях. Наиболее полно был изучен один из субвулканов в 31-м геологическом разрезе. Здесь скважины вскрыли интрузивное тело, размеры которого по трем направлениям превышали 30õ30õ60 м. В интерпретации местных геологов разрез показан на рис. 3-а. Привлекает внимание необычная форма этого тела в разрезе - форма перевернутого "кувшина", горловина которого по прямой линии "срезается" рудным телом.

Мы знаем, что залежь находится в опрокинутом положении. Палинспастически развернем разрез в позицию, в которой он должен был бы находиться в период рудообразования (рис. 3-б). "Кувшин" теперь развернулся своей горловиной вверх.

Приняв точку зрения, что это - экструзив, мы получаем возможность расшифровать череду событий, которая привела к образованию структуры, отображенной на рис. 3-в. Сначала сформировалась риолитовая толща эффузивных образований (лав, лавобрекчий, туфолав, туфов и, возможно, игнимбритов). Затем в эти эффузивы внедрились субвулканические риолитовые порфиры. Часть из них имела характер экструзивов, которые выйдя на поверхность морского дна, образовывали небольшого масштаба вулканические купола (рис. 3-в). Далее наступил довольно длительный период подводного размыва куполов и выравнивания морского дна (рис. 3-г). Когда морское дно было почти совсем выровнено, началось рудоотложение, которое происходило в несколько фаз.

Рис. 3. Интерпретация разреза 31 Белоусовского месторождения: а- старая; б и в- промежуточные стадии палинспастической реконструкции разреза; г- новая.

Конседиментационные впадины. Горными выработками и наклонными подземными скважинами на изученном Центральном участке было встречено несколько впадин, заполненных рудой и околорудными породами, интерпретация геологической структуры которых почти однозначно указывает на конседиментационный характер их заполнения. В качестве примера рассмотрим фрагмент отрицательной структуры, вскрытой в профиле 32 (рис. 4). В соседнем разрезе (профиль 31) присутствует точно такая же структура. Напомним, что на рис. 4 фрагмент разреза палинспастически развернут в субгоризонтальное положение, существовавшее в период рудообразования. На рисунке показано как впадина конседиментационно заполнялась чередующимися эксгаляционно-осадочными породами (сейчас это - кварц-серицитовые и кремнистые породы) и рудными прослоями. Глубина впадины - 10 м, ширина - около 40 м, а протяженность оценивается в 150 м.

Рис. 4. Схема формирования конседиментационной впадины в 4-ой залежи Белоусовского месторождения.

В обоих разрезах зафиксировано по 4 рудных прослоя. 4-й (верхний) рудный слой залегает субгоризонтально. В самом глубоком месте рудные прослои мощностью 0,2-1,5 м отделяются друг от друга слоями пустых вмещающих пород. На крутом борту впадины все 4 рудных прослоя сливаются в одно рудное тело мощностью 2,5 м. Разрез впадин по их мощности говорит о том, что процесс рудоотложения на морском дне, во-первых, был прерывистым, и, во-вторых, в данном конкретном случае прерывался 4 раза, пока чередующиеся рудные слои и слои околорудных вмещающих пород не заполнили конседиментационную впадину (рис. 4). Вертикальное направление от почти горизонтальной плоской кровли впадины к вогнутой ее подошве (к днищу впадины), однозначно указывает на то, что осадки накапливались сверху вниз, а это свидетельствует о том, что мы имеем дело с прямым залеганием пород в период рудообразования, или то, что 4-я залежь в современном своем положении находится в опрокинутом залегании.

Литологическая колонка пород 4-й залежи расчленяется обобщенно снизу-вверх (по стратиграфии) на четыре группы пород: 1) сильно измененные до фации зеленых сланцев горные породы, развитые по риолитовым эффузивам (мощность больше 50 м); 2) рудоносная зона (руды и кварц-серицитовые породы - мощность 10-15 м); 3) кварц-серицитовые породы нередко с хлоритом и карбонатами (мощность 12-15 м); 4) вулканогенно-осадочные, относительно слабо измененные горные породы (туффиты, туфопесчаники, туфоалевролиты, кремнистые породы - мощность 30-40 м). Если принимать точку зрения о прямом характере залегания 4-й залежи, как это считалось ранее, то последовательность горных пород в разрезе выглядела бы довольно странно: внизу относительно слабо измененные туффогенно-осадочные породы; выше кварц-хлорит-серцитовые метасоматиты; далее - рудная зона и венчают разрез сильно измененные породы (до фации зеленых сланцев), развитые по риолитовым эффузивам.

Получается, что сильнее всего измененные породы оказываются над рудой, а несравненно менее измененные, легко диагностируемые породы оказываются в подрудной зоне. Первый вариант трактовки литологической колонки кажется нам более логичным, более убедительным. Поэтому мы считаем, что: 1) 4-я залежь находится в опрокинутом залегании; 2) последовательность горных пород в литологической колонке может использоваться в качестве дополнительного аргумента в пользу прямого или опрокинутого залегания изучаемого участка земных недр.