AGE CONSTRAINTS AND METALLOGENIC PREDICTION OF GOLD DEPOSITS IN THE AKZHAL-BOKO-ASHALIN ORE ZONE (ALTAI ACCRETION-COLLISION SYSTEM)

We present new age constraints for igneous rocks and ore-metasomatic formations of the gold deposits in the Akzhal-Boko-Ashalin ore zone. In terms of their ore formation, these deposits correspond mainly to the orogenic type, which generally reflects specific metallogeny of the West Kalba gold-bearing belt in East Kazakhstan. Gold-quartz veins and mineralized zones of the gold-sulphide formation are confined to fractures feathering regional NW-striking and sublatitudinal faults. Their common features include the following: gold-bearing veinlet-disseminated pyrite-arsenopyrite ores that are localized in carbonaceous-sandy-schist and turbidite strata of different ages; structural-tectonic control of mineralization, numerous dikes of medium-basic compositions in ore-control zones; and the presence of post-orogenic heterochronous granite-granodiorite rocks, although their relation to gold-ore mineralization is not obvious. Igneous rocks of the study area have similar ages in a narrow range from 309.1±4.1 to 298.7±3.2 Ma, which is generally consistent with the previously determined age of granitoid massifs of gold-ore fields in East Kazakhstan. A younger age (292.9±1.3 to 296.7±1.6 Ma) is estimated for felsic rocks of the dyke complex. For the ore mineralization, the 40Ar/39Ar dating of sericite from near-ore metasomatites yields two age intervals, 300.4±3.4 Ma and 279.8±4.3 Ma. A gap between of the ages of the ore mineralization and the igneous rocks is almost 20 Ma, which may indicate that the processes of ore formation in the ore field continued in an impulse-like pattern for at least 20 Ma. Nevertheless, this confirms a relationship between the hydrothermal activity in the study area and the formation and evolution of silicic igneous rocks of the given age interval, which belong to the Kunush complex, according to previous studies. This interpretation is supported by reconstructed tectonic paleostress fields, showing that directions of the main normal stress axes changed during the ore mineralization stage, which is why the ore bodies significantly differ in their orientations. The above-mentioned data are the first age constraints for the study area. Additional age determinations are needed to further improve understanding of the chronology of ore-forming processes. Actually, all the features characterizing the gold mineralization of the Akzhal, Ashalin and Dauba ore fields, including the data on lithology, stratigraphy, structural tectonics, magmatism, isotope geochronology, mineralogy and geochemistry, can be used as criteria when searching for similar ore fields in East Kazakhstan.

1. Berzin N.A., Kolman R.G., Dobretsov N.L. et al., 1994. Geodynamic Evolution of the Western Part of the Paleo-Asian Ocean. Russian Geology and Geophysics 35 (7–8), 8–28 (in Russian) [Берзин Н.А., Колман Р.Г., Добрецов Н.Л. и др. Геодинамическая эволюция западной части Палеоазиатского океана // Геология и геофизика. 1994. Т. 35. № 7–8. С. 8–28].

2. Bespaev Kh.A., Lyubetsky V.N., Lyubetskaya L.D., Mukaeva A.E., 2013. Features of Metallogeny of the West Kalbinsk Gold-Ore Belt. News of National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan. Series of Geology and Technical Sciences 5, 13–20 (in Russian) [Беспаев Х.А., Любецкий В.Н., Любецкая Л.Д., Мукаева А.Е. Особенности металлогении Западно-Калбинского золоторудного пояса // Известия НАН РК. Серия геологии и технических наук. 2013. № 5. С. 13–20].

3. Bespaev Kh.A., Lyubetsky V.N., Lyubetskaya L.D., Uzhkenov B.S., 2008. Gold-Ore Belts of Kazakhstan. News of National Academy of Sciences of the Republic of Kazakhstan. Series of Geology and Technical Sciences 6, 39–48 (in Russian) [Беспаев Х.А., Любецкий В.Н., Любецкая Л.Д., Ужкенов Б.С. Золоторудные пояса Казахстана // Известия НАН РК. Серия геологии и технических наук. 2008. № 6 С. 39–48].

4. Delvaux D., Sperner B., 2003. Stress Tensor Inversion from Fault Kinematic Indicators and Focal Mechanism Data: The TENSOR Program. In: D. Nieuwland (Ed.), New Insights into Structural Interpretation and Modelling. Geological Society of London, Special Publications 212, p. 75–100.

5. Dyachkov B.A., Kuz’mina O.N., Zimanovskaya N.A. et al., 2015. Types of Gold Deposits in East Kazakhstan. EKSTU Publishing House, Ust-Kamenogorsk, 204 p. (in Russian) [Дьячков Б.А., Кузьмина О.Н., Зимановская Н.А. и др. Типы золоторудных месторождений Восточного Казахстана. Усть-Каменогорск: Изд-во ВКГТУ, 2015. 204 с.].

6. Ermolov P.V., 2013. Top Problems of Isotope Geology and Metallogeny in Kazakhstan. Publishing and Printing Center of the Kazakh-Russian University, Karaganda, 206 p. (in Russian) [Ермолов П.В. Актуальные проблемы изотопной геологии и металлогении Казахстана. Караганда: Издательско-полиграфический центр Казахстанско-Российского университета, 2013. 206 с.].

7. Frost B.R., Barnes C.G., Collins W.J., Arculus R.G., Ellis D.J., Frost C.D., 2001. A Geochemical Classification for Granitic Rocks. Journal of Petrology 42 (11), 2033–2048. https://doi.org/10.1093/petrology/42.11.2033.

8. Geology of Gold Deposits of Kazakhstan and Central Asia, 1986. Moscow, 287 p. (in Russian) [Геология золоторудных месторождений Казахстана и Средней Азии. М., 1986. 287 с.].

9. Gladkov A.S., Seminsky K.Zh., 1999. Unconventional Analysis of Fracture Belts in Mapping Subhorizontal Fault Zones (Case of the Areas in the Vicinity of Irkutsk). Russian Geology and Geophysics 40 (2), 213–220 (in Russian) [Гладков А.С., Семинский К.Ж. Нетрадиционный анализ поясов трещиноватости при картировании субгоризонтальных разломных зон (на примере окрестностей г. Иркутска) // Геология и геофизика. 1999. Т. 40. № 2. С. 213–220].

10. Griffin W.L., Powell W.J., Pearson N.J., O’Reilly S.Y., 2008. GLITTER: Data Reduction Software for Laser Ablation ICP-MS. In: P.J. Sylvester (Ed.), Laser Ablation-ICP-MS in the Earth Sciences: Current Practices and Outstanding Issues. Mineralogical Association of Canada Short Course Series. Vol. 40. Vancouver, p. 308–311.

11. Gzovsky M.V., 1975. Fundamentals of Tectonophysics. Nauka, Moscow, 536 p. (in Russian) [Гзовский М.В. Основы тектонофизики. М.: Наука, 1975. 536 с.].

12. Jackson S.E., Pearson N.J., Griffin W.L., Belousova E., 2004. The Application of Laser Ablation Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry to in Situ U-Pb Zircon Geochronology. Chemical Geology 211 (1–2), 47–69. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2004.06.017.

13. Kalinin Yu.A., Kovalev K.R., Naumov E.A., Kirillov M.V., 2009. Gold in the Weathering Crust at the Suzdal’ Deposit (Kazakhstan). Russian Geology and Geophysics 50 (3), 174–187. https://doi.org/10.1016/j.rgg.2008.09.002.

14. Kalinin Yu.A., Kovalev K.R., Serdyukov A.N., Naumov E.A., Gladkov A.S., Sukhorukov V.P., Koshkarev D.A., Kirillov M.V., 2017. Zones of Vein-Disseminated Gold Ore Mineralization of the Akzhal Deposit as a Prospect for the Akzhal-Boko-Ashaly Ore Region (East Kazakhstan). In: Minerageny of Kazakhstan. Materials of the International Scientific and Practical Conference (September 21–22, 2017). Almaty, p. 118–124 (in Russian) [Калинин Ю.А., Ковалев К.Р., Сердюков А.Н., Наумов Е.А., Гладков А.С., Сухоруков В.П., Кошкарев Д.А., Кириллов М.В. Зоны прожилково-вкрапленной золоторудной минерализации месторождения Акжал как перспектива Акжал-Боко-Ашалинского рудного района (Восточный Казахстан) // Минерагения Казахстана: Материалы Международной научно-практической конференции (21–22 сентября 2017). Алматы, 2017. С. 118–124].

15. Kalinin Y.A., Palyanova G.A., Naumov E.A., Kovalev K.R., Pirajno F., 2019. Supergene Remobilization of Au in Au-Bearing Regolith Related to Orogenic Deposits: A Case Study from Kazakhstan. Ore Geology Reviews 109, 358–369. https://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2019.04.019.

16. Korobeinikov A.F., Maslennikov V.V., 1994. Regularity of Formation and Placement of Deposits of Noble Metals in Northeastern Kazakhstan. Publishing House of the Tomsk University, Tomsk, 337 p. (in Russian) [Коробейников А.Ф., Масленников В.В. Закономерность формирования и размещения месторождений благородных металлов Северо-Восточного Казахстана. Томск: Изд-во Томского университета, 1994. 337 с.].

17. Kovalev K.R., Kalinin Yu.A., Naumov E.A., Kolesnikova M.K., Korolyuk V.N., 2011. Gold-Bearing Arsenopyrite in Eastern Kazakhstan Gold-Sulfide Deposits. Russian Geology and Geophysics 52 (2), 225–242 (in Russian) [Ковалев К.Р., Калинин Ю.А., Наумов Е.А., Колесникова М.К., Королюк В.Н. Золотоносность арсенопирита золото-сульфидных месторождений Восточного Казахстана // Геология и геофизика. 2011. Т. 52. № 2. С. 225–242].

18. Kovalev K.R., Kalinin Yu.A., Naumov E.A., Pirajno F., Borisenko A.S., 2009. A Mineralogical Study of the Suzdal Sediment-Hosted Gold Deposit, Kazakhstan: Implications for Ore Genesis. Ore Geology Reviews 35 (2), 186–206. https://doi.org/10.1016/j.oregeorev.2008.11.007.

19. Kovalev K.R., Kalinin Yu.A., Polynov V.I., Kydyrbekov E.L., Borisenko A.S., Naumov E.A., Netesov M.I., Klimenko A.G., Kolesnikova M.K., 2012. The Suzdal Gold-Sulfide Deposit in Black Shale Strata of East Kazakhstan. Geology of Ore Deposits 54 (4), 305–328 (in Russian) [Ковалев К.Р., Калинин Ю.А., Полынов В.И., Кыдырбеков Е.Л., Борисенко А.С., Наумов Е.А., Нетесов М.И., Клименко А.Г., Колесникова М.К. Суздальское золотосульфидное месторождение в черносланцевых толщах Восточного Казахстана // Геология рудных месторождений. 2012. Т. 54. № 4. С. 305–328].

20. Kuchukova L.M., 1991. Deep Structure of the Akzhal-Bokonsky Gold Ore Region (East Kazakhstan) Based on the Interpretation of Geological and Geophysical Data. In: Geophysical and Geochemical Studies in Ore Regions of Kazakhstan. Publishing House of the Kazakh Research Institute of Mineral Raw Materials, Alma-Ata, p. 28–42 (in Russian) [Кучукова Л.М. Глубинное строение Акжал-Боконского золоторудного района (Восточный Казахстан) на основе интерпретации геолого-геофизических данных // Геофизические и геохимические исследования в рудных районах Казахстана. Алма-Ата: Изд-во КазИМС, 1991. С. 28–42].

21. Kuzmenko M.A., Likhoded V.Ya., Yusupov M.Kh., 1971. The Main Results of the Work of the East Kazakhstan Geological Department, and Prospects for Increasing the Raw Material Potential of East Kazakhstan. In: Problems of Geology and Metallogeny of East Kazakhstan. Alma-Ata, 240 p. (in Russian) [Кузьменко М.А., Лиходед В.Я., Юсупов М.Х. Основные результаты работ Восточно-Казахстанского геологического управления и перспективы расширения сырьевой базы Восточного Казахстана // Вопросы геологии и металлогении Восточного Казахстана. Алма-Ата, 1971. 240 с.].

22. Levin G.B., 1968. Some Features of Placement of Gold Deposits and Localization of High-Grade Ores in the Southwestern Kalba. In: Geology and Exploration of Solid Mineral Deposits in Kazakhstan. Alma-Ata, p. 82–87 (in Russian) [Левин Г.Б. Некоторые особенности размещения золоторудных месторождений и локализация богатых руд в Юго-Западной Калбе // Геология и разведка месторождений твердых полезных ископаемых Казахстана. Алма-Ата, 1968. С. 82–87].

23. Lyubetsky V.N., Lyubetskaya L.D., 1984. On Relations between Kalba Gold Mineralization and the Deep Zone of Ultra-Metamorphism and Granitization. In: Geology of Gold Deposits of Kazakhstan. Collection of Scientific Papers. Publishing House of the Kazakh Research Institute of Mineral Raw Materials, Alma-Ata, p. 3–14 (in Russian) [Любецкий В.Н., Любецкая Л.Д. О связях золотого оруденения Калбы с глубинной зоной ультраметаморфизма и гранитизации // Геология месторождений золота Казахстана: Сборник научных трудов. Алма-Ата: Изд-во КазИМС, 1984. С. 3–14].

24. Metallogeny of Kazakhstan. Ore Formations. Gold Ore Deposits, 1980. Nauka, Alma-Ata, 224 p. (in Russian) [Металлогения Казахстана. Рудные формации. Месторождения руд золота. Алма-Ата: Наука, 1980. 224 с.].

25. Nalivaev V.I., 1980. Ore Control Structures and Principles of Predictive Assessment of the Akzhal-Boko-Ashaly Gold Ore Region (East Kazakhstan). In: Conditions for Formation and Placement Patterns of Gold Deposits in Kazakhstan. Publishing House of the Kazakh Research Institute of Mineral Raw Materials, Alma-Ata, p. 111–118 (in Russian) [Наливаев В.И. Рудоконтролирующие структуры и принципы прогнозной оценки Акжал-Боко-Ашалинского золоторудного района (Восточный Казахстан) // Условия формирования и закономерности размещения месторождений золота Казахстана. Алма-Ата: Изд-во КазИМС, 1980. С. 111–118].

26. Narseev V.A., 1996. Industrial Geology of Gold. Nauchny Mir, Moscow, 243 p. (in Russian) [Нарсеев В.А. Промышленная геология золота. М.: Научный мир, 1996. 243 с.].

27. Nekipelova A.V., Kirillov M.V., Biryukov K.E., 2017. The Akzhal Gold-Sulfide Deposit (East Kazakhstan): Mineralogy, Stages of Ore Formation, and Geochronological Characteristics. In: New Knowledge of Ore Formation Processes. Materials of the Seventh Russian Youth Scientific and Practical School (November 13–17, 2017). Publishing House of the Institute of Geology of Ore Deposits, Petrography, Mineralogy and Geochemistry RAS, Moscow, p. 223–226 (in Russian) [Некипелова А.В., Кириллов М.В., Бирюков К.Э. Золото-сульфидное месторождение Акжал (Восточный Казахстан): минералогия, стадийность формирования руд, геохронологические характеристики // Новое в познании процессов рудообразования: Сборник материалов Седьмой Российской молодежной научно-практической школы (13–17 ноября 2017). М.: Изд-во ИГЕМ РАН, 2017. С. 223–226].

28. Nikolaev P.N., 1992. Method of Tectonic-Dynamic Analysis. Nedra, Moscow, 295 p. (in Russian) [Николаев П.Н. Методика тектоно-динамического анализа. М.: Недра, 1992. 295 с.].

29. Okunev E.V., Kazakevich I.V., Nikolaev V.P., Suyundukov K.N., Sultan-Bek R.G., 1969. Geological Structure, Gold Content and Direction of Further Work in the Akzhal-Boko Ore Field. Final Report of the Yuzhno-Kalbinskaya Geological Exploration Group on Topic 35/66 and Prospecting and Exploration in 1960–1968 in the Ore Field. Collection of the Semipalatinsk Integrated Geological Exploration Expedition, Vol. 1. 255 p. Vol. 2. 211 p. (in Russian) [Окунев Э.В., Казакевич И.В., Николаев В.П., Суюндуков К.Н., Султан-Бек Р.Г. Геологическое строение, золотоносность и направление дальнейших работ в пределах рудного поля Акжал-Боко: Окончательный отчет Южно-Калбинской ГРП по теме 35/66 и по поисковым, поисково-разведочным работам, проведенным в 1960–1968 гг. в пределах рудного поля. Акжал: Фонды Семипалатинской комплексной геолого-разведочной экспедиции, 1969. Т. 1. 255 с.; Т. 2. 211 с.].

30. Pavlova V.E., 1981. Structural Features of Localization of Disseminated Gold-Sulphide Mineralization in Western Kalba Deposits as a Basis for Their Assessment. In: Problems of Typification of Gold Ore Deposits and Regions, and Principles for Prediction of Gold Mineralization. TsNIGRI Publishing House, Moscow, Vol. 165, p. 49–54 (in Russian) [Павлова В.Е. Структурные особенности локализации вкрапленного золотосульфидного оруденения на месторождениях Западной Калбы как основа их оценки // Вопросы типизации золоторудных месторождений и районов и принципы прогнозирования золотого оруденения. М.: Изд-во ЦНИГРИ, 1981. Вып. 165. С. 49–54].

31. Pearce J.A., Harris N.B.W., Tindle A.G. 1984. Trace Element Discrimination Diagrams for the Tectonic Interpretation of Granitic Rocks. Journal of Petrology 25 (4), 956–983. https://doi.org/10.1093/petrology/25.4.956.

32. Seminsky K.Zh., 1994. Principles and Stages of Special Mapping of the Fault-Block Structure on the Basis of Fracturing Studies. Russian Geology and Geophysics 9, 112–130 (in Russian) [Семинский К.Ж. Принципы и этапы спецкартирования разломно-блоковой структуры на основе изучения трещиноватости // Геология и геофизика. 1994. № 9. С. 112–130].

33. Serdyukov A.N., 2009. Southern Ashaly – a New Large-Volume Gold Deposit in Eastern Kazakhstan. In: Innovative Developments and Improvement of Technologies in Mining and Metallurgical Industry. Materials of the 5th International Conference – Mining and Beneficiation. Vol. 1. Publishing House of the Eastern Mining and Metallurgical Research Institute for Non-Ferrous Metals, Ust-Kamenogorsk, p. 67–70 (in Russian) [Сердюков А.Н. Южные Ашалы – новое крупнообъемное месторождение золота в Восточном Казахстане // Инновационные разработки и совершенствование технологий в горно-металлургическом производстве: Материалы 5-й Международной конференции «Горное дело и обогащение». Усть-Каменогорск: Изд-во ВНИИцветмет, 2009. Т. 1. С. 67–70].

34. Serdyukov A.N., 2015. On Prospects of the Akzhal Gold Deposit (East Kazakhstan). Geology and Bowels of the Earth 1 (54), 29–35 (in Russian) [Сердюков А.Н. О перспективах золоторудного месторождения Акжал (Восточный Казахстан) // Геология и охрана недр. 2015. № 1 (54). С. 29–35].

35. Slama J., Kosler J., Condon D.J., Crowley J.L., Gerdes A., Hanchar J.M., Horstwood M.S.A., Morris G.A., Nasdala L., Norberg N., 2008. Plesovice Zircon – a New Natural Reference Material for U-Pb and Hf Isotopic Microanalysis. Chemical Geology 249, (1–2 ), 1–35. https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2007.11.005.

36. Sviridov V.G., Nalivaev V.I., Roslyaekov N.A., Kalinin Y.A., 1999. Gold Deposits of the Ob-Zaisansky Folding Belt. In: Structural Analysis in Geological Research. Reports from International Science Meeting and Republic School of Young Scientists (March 31 – April 4, 1999). Tomsk, p. 221–225 (in Russian) [Свиридов В.Г., Наливаев В.И., Росляков Н.А., Калинин Ю.А. Золоторудные месторождения Обь-Зайсанской складчатой системы // Структурный анализ в геологических исследованиях: Материалы Международного научного семинара и Республиканской школы молодых ученых (31 марта – 4 апреля 1999 г.). Томск, 1999. C. 221–225].

37. Sylvester P.J., 1989. Post-Collisional Alkaline Granites. Journal of Geology 97 (3), 261–280. https://doi.org/10.1086/629302.

38. Travin A.V., 2016. Thermochronology of Early Paleozoic Collisional and Subduction–Collisional Structures of Central Asia. Russian Geology and Geophysics 57 (3), 553–574 (in Russian) [Травин А.В. Термохронология раннепалеозойских коллизионных, субдукционно-коллизионных структур Центральной Азии // Геология и геофизика. 2016. Т. 57. № 3. С. 553–574]. http://dx.doi.org/10.15372/GiG20160306.

39. Whalen J.B., Currie K.L., Chappell B.W., 1987. A-Type Granites: Geochemical Characteristics, Discrimination and Petrogenesis. Contribution to Mineralogy and Petrology 95, 407–419. https://doi.org/10.1007/BF00402202.