Курс лекций «Геология полезных ископаемых»

Хлоридно-борнокислотные растворы на плутоногенных гидро­термальных месторождениях формировали кварц-турмалиновые матасоматиты. Г.П.Зарайским экспериментально получены ко­лонки их образования, аналогичные природным. Они возникли Под воздействием растворов, состоящих из борной кислоты, хло­ридов, натрия, калия, железа и магния на гранодиориты при тем­пературах 300—600°С и давлении 1 МПа. В условиях повышен­ной кислотности для образования кварц-турмалиновых метасо- матитов необходимы высокие концентрации борной кислоты в растворе.
Температуры гидротермального процесса изменяются в ин­тервале 700—25°С. К наиболее продуктивным относится диапа­зон 400—100°С. На образование среднего месторождения необхо­димо 8¹⁰ КДж тепловой энергии. Это в несколько тысяч раз пре­вышает количество энергии, поступающей в отрезок времени рудообразования как средний тепловой поток. Нужны аномаль­ные тепловые поля. Температуры определяют, исследуя: 1) флю- идныс включения в минералах, 2) элементы-примеси, 3) изотоп­ные определения и 4) диаграммы равновесий минеральных ассо­циаций.
Давление оценивают двумя способами — гидростатическим по столбу воды от предполагаемого уровня рудообразования до поверхности океана и литостатическим по весу горных пород в этом же интервале глубин. Месторождения формируются при литостатическом давлении от десятков до 500 МПа, а наиболее продуктивные стадии — 150—200 МПа.
Вода в гидротермы поступает из пяти источников: магмати­ческого, атмосферного, порового, морского и метаморфического. Выявление природы вод осуществляется по отношению изотопов кислорода и водорода во включениях и по их химическому соста­ву. Важным информативным показателем для этих целей может служить К_с = Н₂0/(С0₂ + СО). Для магматических мантийных он составляет 0,1—5,0; атмосферных значительно больше 100, поровых — первые десятки; морских — 400 и выше; метаморфо­генных — 15—50.
Плутоногенные месторождения формировались в широком диапазоне геологических и термодинамических условий. Основ­ная их масса относится к жильным и штокверковым образовани­ям, но на ряде месторождений широко развиты и метасоматиче­ские руды. Общепринятой классификации данных месторожде­ний пока не разработано. В качестве предварительного варианта можно условно разделить их на три подкласса: высоко-, средне- и низкотемпературные. В свою очередь каждый подкласс состоит из нескольких рудных формаций.
Высокотемпературные месторождения формировались на ги- пабиссальных глубинах (1—5 км) при температурах 500—300°С. Ведущим минералом жильного выполнения являлся кварц. Вы­деляют следующие наиболее распространенные рудные форма­ции с примерами типичных месторождений: кварц-молибдено­вая, кварц-халькопиритовая (Чукикамата, Браден, Чили; Коун- рад, Казахстан); кварц-арсенопирит-золоторудная (Кочкарь, Урал) (рис. 25); кварц-золотая (Березовское, Урал); кварц-турма­лин-золотая (Дмитриевское, Ключевское, Забайкалье); кварц-

Рис. 25. Схема расположения жил Кочкарского месторождения (по С.Чупилину).
Крап — площади распространения аллювиальных россыпей

касситеритовая (Онон, Забайкалье); кварц-молибденитовая (Клаймакс, США); кварц-энаргитовая (Бьютт, США); кварц-вис- мутиновая (Ддраеман, Средняя Азия) и др. Рассмотрим подроб­нее принадлежащие к данному подклассу, детально изученные и важные в экономическом отношении медно-молибден-порфиро- вые месторождения.
Медно-молибден-порфировые месторождения в подавляющей массе формировались в кайнозойскую эпоху, продуктивность ко­торой по молибдену (91,1 тыс.т/млн лет) и меди (3,8 млн т/млн лет) в 20—30 раз превосходит по этим параметрам все другие эпо­хи. Выделяются три периода рудообразования: палеоценовый, эоцен-олигоценовый и миоцен-плиоценовый. Из порфировых месторождений, объединяющих две рудные формации — кварц- молибденовую и кварц-халькопиритовую, получают более полови­ны мировой добычи меди и подавляющее количество молибдена.
Рассматриваемые месторождения образованы гидротермаль­ными системами, генетически и пространственно связанными с монцонитовыми, диоритовыми и гранитными комплексами. Ми­нерализованные участки располагаются в зонах эндо- и экзокон- тактов интрузий и сложены вкрапленными халькопирит-молиб- денитовыми рудами. Наиболее крупные месторождения с запаса­ми руд больше 200 млн т ассоциируют с небольшими массивами. В крупных полифазных плутонах оруденение приурочено к наи­более кислым разностям.
В петрохимическом отношении рудоносные интрузивы разделяются на три группы: островодужная, магматических дуг и областей активизации. Первая группа развита вдоль активной континентальной окраины западной части Тихого океана (Япон­ский тип). Для магматических пород характерны: диоритовый состав, невысокая щелочность (сумма К^О и СаО равны 3—8%), равное количество натрия и калия и повышенная золотоносность ассоциирующих с ними медно-молибденовых руд. Вторая группа представлена монцонитовыми интрузиями, расположена в маг­матических дугах над зонами субдукции восточной части Тихого океана (Андийский тип), для них типична повышенная щелоч­ность (сумма щелочей 4—14% и резкое преобладание в их составе калия). С монцонитами связано вкрапленное медно-молибдено- вое оруденение. Третья группа встречается в областях тектоно­магматической активизации древних кратонов (например в Ка­надских Кордильерах), состоит из щелочных калиевых гранитои­дов (сумма щелочей превышает 15%) и содержит медно-золотую минерализацию.
Гидротермально-метасоматические изменения пород на ме­сторождениях данного типа образованы флюидами как магмати ческого (в их составе до 30—60% экв. ЫаС1), так и метеорными водами (в них меньше 15% экв. №С1), создавшими зональное концентрическое строение ореолов. В их центральной части рас­полагается безрудное кварцевое ядро с калишпатом и биотитом, далее следует зона филлизитизации с серицитом, кварцем и пи­ритом, которую сменяет зона аргиллизитизации с алунитом, као­лином и пиритом. Все это обрамляют поля пропилитизирован- ных пород (хлорит, эпидот, кальцит и пирит). Рассекая все зоны в метасоматическом ореоле развиваются разнообразные системы кварцевых жил. Оруденение приурочено к границе кварцевого ядра и филлизитовой зоны.
Гранитоидная модель (тип Клаймакс) ассоциирует с интру­зиями высококремнеземистых, богатых щелочами риолитов и гранит-порфиров (рис. 26). Они образовывались в пределах акти­визированных областей кратонов. Каждое месторождение распо­ложено над интрузивным куполом и представлено чашеобразным телом штокверковых молибденовых руд, повторяющих форму интрузивного контакта. Многократному внедрению магмы соот­ветствуют разностадийные рудные тела. Давление магмы было вертикальным. Это выразилось в образовании систем концентри­ческих и радиальных даек, жил, сбросов и других структурных элементов. Рудообразующие флюиды выделялись непосредствен­но из магмы под давлением, превышающим на 150—250 Па лито- статическое. Они представляли собой концентрированный рас­сол (65% экв. КаС1) с температурой около 500°С. Формирование месторождений протекало в две стадии. В течение ранней функ­ционировало две несмешивающиеся флюидные системы — маг-

Рис 29 Схема геологического сгроения рудного ноля Карамкен (составлена Н А Шило, М С Сахаровой и др но данным А А Красильникова, Л М Лейбовой. Л Ь Хрусталевой и др )

500 О 100 ГШ ГШ гооол




1-2 — стратифицированные образования 1 — липаритовая, базальтовая, дацитовая и андезитовая толщи, 2 — осадочно-вулканогенная толща, 3-7 — интрузивные образования 3 — плагиогранит-порфиры, 4 — кварцевые диоритовые порфиры, 5 — дациты, 6 — автомагматические брекчии андезитов, 7 — липариты, 8 — рудные тела, 9 — главные широтный и меридиональный разломы, 10 — разломы ограничения кальдеры, 1 I — мелкие разрывные нарушения, 12 — участки месторождения Цыфры в кружках 1 — Восточный, 2 — Центральный, 3 — Северный, 4 — Северо-Западный

Обобщенная модель рудообразования
Месторождения колчеданного семейства представляют со­бой продукты деятельности конвективной гидротермальной сис­темы. Главным компонентом системы является морская вода, но на разных этапах и стадиях активную роль играют также магма­тические, метеорные и погребенные (поровые) воды. Источника­ми энергии служит либо аномально высокий тепловой поток, либо тепло остывающих магматических тел. В процессе нисходя­щего движения морская вода нагревается и активно взаимодей­ствует с придонными породами. В результате образуется восста­новленный слабокислый солевой раствор, в котором активности Н₂8°, Н8" и 8² >> активностей 80₄² и Н80₄. Он обогащается выщелоченными из окружающих пород металлами.
Восходящая ветвь потока взаимодействует с вмещающими породами и холодными морскими водами и производит интен­сивный магниевый метасоматоз. При резких падениях давления происходит вскипание раствора и отлагаются кремнезем и суль­фиды (пирит, марказит, пирротин, халькопирит и др.). В придон­ном пространстве этот процесс протекает лавинно. Взаимодейст­вие новых порций раствора с ранее отложившимися сульфидами приводит к появлению рудной зональности. Значения коэффи­циента Си/(2п+РЬ) уменьшаются по направлению каналов фильтрации и перпендикулярно к ним. Барит концентрируется на участках минимальных величин этого коэффициента.
Достигнув донной поверхности, рудный раствор стекает в локальные депрессии. По мере его разбавления и охлаждения отлагающиеся минеральные парагенезисы формируют фациаль- ную зональность: сульфиды—кремнезем—оксиды железа и мар­ганца. Еще не литифицированные металлоносные илы оползают со склонов впадин и перемещаются турбулентными и грязевыми потоками. Непосредственно около подводящих каналов в усть­евых частях потоков образуются проксимальные, а на удалении дистальные рудные залежи. Геолого-геохимические данные (рас­чет баланса металлов, изотопия серы, элементы-примеси и др.) позволяют сделать вывод о магматическом источнике основных металлов, из которых медь поступала из мантийных уровней, а свинец и цинк из пород континентальной коры.
Детально процесс формирования рудных тел на морском дне описывается гидролизно-реакционной осадочно-метасоматиче- ской моделью, предложенной Н.С.Скрипченко. Согласно этои модели линейный эндогенный гидротермальный поток, обога-