CC BY
58
УДК 553.44
А.Л. Дергачев1, А.А. Дергачев2, Н.И. Еремин3
ЭПОХИ СВИНЦОВО-ЦИНКОВОГО РУДООБРАЗОВАНИЯ В ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ ИСТОРИИ ЗЕМЛИ
Анализ закономерностей распределения запасов полезных ископаемых в геологической истории Земли позволяет оптимизировать стратегию поисковых работ. На основе оригинальной базы данных о месторождениях Pb и Zn и с использованием особой методики статистического анализа установлено, что развитие процессов свинцово-цинкового рудообразования на протяжении последних 3500 млн лет было исключительно неравномерным. Наиболее важные металлогенические эпохи отвечали неоархею (2750— 2680 млн л. н.), а также палео- и мезопротерозою (1925—1580 млн л. н.), крупнейшая эпоха соответствует самому концу неопротерозоя и палеозою (560—290 млн л. н.), а последняя началась в конце мезозоя и продолжается в настоящее время (после 100 млн л. н.). Периоды высокой продуктивности процессов свинцово-цинкового рудообразования чередовались с намного более длительными эпохами (600—1000 млн лет), когда накопление запасов металлов практически прекращалось или было очень медленным.
Ключевые слова: цветные металлы, свинец, цинк, эволюция процессов рудообразо-вания, металлогенические эпохи.
Knowledge of distribution pattern of mineral resources over Earth's geological history enables to optimize strategy of exploration works. On the basis of original data base on lead and zinc deposits and with the use of a method of statistical analysis it was demonstrated that during the last 3,500 Ma development of lead-zinc ore formation processes was extremely uneven. Major metallogenic epochs were Neoarchean (2,750—2,680 Ma) and Paleo-Mesoproterosoic (1,925—1,580 Ma), the most important one took place in the Paleozoic (560—290 Ma) while unfinished last epoch started late in the Mesozoic (100—0 Ma). Periods of high productivity of lead-zinc ore-formation processes alternated with much longer (600—1000 Ma) epochs when accumulation of metal reserves almost ceased or was very slow.
Key words: non-ferrous metals, lead, zinc, evolution of ore-formation processes, metal-logenic epochs.
Введение. В настоящее время общеприняты представления об эпизодическом, прерывистом характере процессов рудообразования. В последние годы внимание многих исследователей сосредоточено на особенностях распределения разнообразных типов месторождений в геологической истории нашей планеты и причинах его неравномерности. При этом объектами исследований были конкретные геолого-промышленные типы месторождений (в отношении цветных металлов, например, вулканогенные колчеданные, стратиформные медные, свинцово-цинковые в осадочных породах и т.д.) [Eremin et al., 2002; Hitz-man et al., 2010; Leach et al., 2010]. В то же время сохраняются существенные пробелы в наших знаниях о распределении во времени месторождений и запасов различных видов полезных ископаемых. Между тем полученная при таком подходе информация важна для оптимизации стратегии поисков новых месторождений.
Авторы, в отличие от предшественников, а также собственных более ранних работ, считают целесообразным сосредоточиться на распределении в геологическом времени месторождений РЬ и 2и и запасов этих металлов, а также на характеристике важнейших эпох свинцово-цинкового рудообразования.
Методика исследований. База металлогениче-ских данных. Источником фактического материала послужила специально составленная оригинальная база данных о месторождениях РЬ и 2и. Она включала комплекс сведений о 1802 месторождениях этих металлов, в том числе их названия и данные о географическом положении (географические координаты, страна и регион размещения); принадлежности к тому или иному геолого-промышленному типу, рудной провинции, субпровинции и рудному району; геотектонических обстановках рудообра-зования; возрасте месторождения; минеральном составе руд, их запасах и среднем содержании главных и второстепенных полезных компонен-
1 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра геологии, геохимии и экономики полезных ископаемых, докт. геол.-минерал. н., профессор; e-mail: alderg@geol.msu.ru
2 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, физический факультет, канд. физ.-мат. н.; e-mail: dergachev88@yandex.ru
3 Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова, геологический факультет, кафедра геологии, геохимии и экономики полезных ископаемых, докт. геол.-минерал. н., профессор, чл.-корр. РАН; e-mail: eremin@geol.msu.ru
тов в них; рудовмещающих породах и мощности рудоносных толщ; фации регионального метаморфизма, указания на использованные литературные источники и некоторые другие сведения.
Типы месторождений. Вопрос о типизации месторождений свинца и цинка остается противоречивым. Месторождения, включенные в базу данных, были подразделены на 5 типов (табл. 1).
Таблица 1 Число месторождений разных типов и запасы Pb и Zn в базе данных
С высокой степенью определенности выделена объединенная группа плутоногенных гидротермальных (жильных, типа замещения, типа манто) и скарновых месторождений, включающая 181 рудный объект. Наиболее многочисленная группа месторождений относится к вулканогенному колчеданному типу (volcanogenic massive sulfide deposits, VMSD), представленному четырьмя подтипами, особенности которых детально описаны в более ранних работах авторов (куроко, уральский, бесси и кипрский) [Еремин и др., 2000]. В анализе распределения месторождений и запасов Pb учтено 561, а Zn — 1032 месторождения этого типа. Вулканогенные колчеданные месторождения образуют второй по значению тип месторождений Zn (31% мировых запасов) и третий важнейший тип месторождений Pb (18% мировых запасов).
Крупные самостоятельные группы в базе данных образуют месторождения типов SEDEX (sedimentary-exhalative) и долины Миссисипи (Mississippi valley-type, MVT). Важнейшая особенность месторождений этих типов — отсутствие видимой пространственно-временной связи как с вулканизмом (возможно, за исключением некоторых ме-
сторождений, отнесенных к типу SEDEX, а рядом авторов выделяемых в особый тип Брокен-Хилл), так и с интрузивными породами. Оба указанных типа свинцово-цинковых месторождений детально описаны в работах [Large et al., 2005; Leach et al., 2005; Huston et al., 2006; Goodfellow, Lydon, 2007; Paradis et al., 2007]. К первой из названных групп отнесено 206 стратиформных свинцово-цинковых месторождений, которые приурочены к мощным толщам сланцев, алевролитов и песчаников при подчиненной роли карбонатных пород и редких эвапоритов и образовывались, как нередко считается, эксгаляционно-осадочным путем в пределах интраконтинентальных или окраинно-континентальных рифтовых зон, пассивных континентальных окраин. Такие месторождения образуют важнейший мировой тип месторождений свинца и цинка (44 и 39% мировых запасов металлов соответственно).
Тип долины Миссисипи в базе данных представлен 117 стратифицированными свинцово-цинковыми (в очень редких случаях медно-свин-цово-цинковыми) месторождениями в шельфовых карбонатных толщах, они вносят 19 и 16% в мировые запасы Pb и Zn соответственно. Отличительные черты этих месторождений — крупные скопления на площади до n-100 км2, ассоциация со слабо-метаморфизованными карбонатными породами (в основном доломитизированными известняками), эпигенетический характер и малая глубина образования руд, приуроченность к краевым частям осадочных прогибов, орогенным форландам или надвиговым поясам форландов (в редких случаях — к интракратонным рифтам), а также важная роль структурного контроля и зон фациальных переходов в локализации рудных тел.
Особую группу образует 21 свинцовое месторождение в песчаниках. Для них характерны многочисленные маломощные пластообразные тела вкрапленных руд в кварцевых или кварц-полевошпатовых песчаниках континентального или мелководно-морского происхождения. Песчаники обычно залегают в основании трансгрессивных серий на обогащенных Pb и нередко подвергавшихся сильному выветриванию породах гранитогнейсового фундамента.
Возраст месторождений. Важно отметить, что для одних месторождений, включенных в базу данных, имелись сведения об относительном, а для других — об абсолютном (изотопном) геологическом возрасте. Приводимые в литературе датировки абсолютного возраста рудных минералов или горных пород, практически синхронных рудным телам, получены с определенной погрешностью при усреднении результатов нескольких определений. В таких случаях обычно указывается диапазон ±2ст, а само распределение вероятности в пределах интервала возраста становится нормальным уже при небольшом числе определений. Если абсолют-
Типы месторождений Число месторождений Запасы металлов, млн т(доля в суммарных мировых запасах металлов в базе данных, %)
всего в базе данных c запасами Pb Zn
Pb Zn
Плутоногенные гидротермальные и скарно-вые 181 166 180 83,8 (17,2) 152,9 (13,5)
Вулканогенные колчеданные (VMSD) 1276 561 1032 84,9 (17,5) 348,5 (30,8)
Стратиформные экс-галяционно-осадоч-ные в терригенных породах (SEDEX) 206 193 202 214,9 (44,1) 446,1 (39,4)
Стратифицированные в карбонатных породах (М^) 117 106 112 92,0 (18,9) 178,7 (15,8)
Свинцовые в песчаниках 21 21 15 11,3 (2,3) 5,6 (0,5)
Всего в базе данных 1801 1047 1541 486,9 1131,8
ный возраст некоторого месторождения датирован 200+15 млн лет, то, как следует из математической статистики, истинный возраст месторождения с наибольшей вероятностью равен среднему значению, и вероятность того, что он равен, например, 200 млн лет, существенно выше, чем вероятность того, что он составляет 210 млн лет.
Примерно для 74% месторождений в базе данных приведен относительный возраст, установленный геологическими методами. Следует иметь в виду, что в этих случаях, если возраст месторождения определен, например, как раннемеловой, т.е. заключен в интервале 144—97,5 млн лет, его истинный возраст может с равной вероятностью оказаться любым внутри указанного диапазона.
Функция плотности вероятности. Для исследования динамики процессов свинцово-цинкового рудообразования авторы предлагают использовать графики функции плотности вероятности (ФПВ) месторождений и запасов металлов от времени.
При построении графика ФПВ возникает необходимость сглаживать кривую, поскольку многие месторождения датированы с хорошей точностью, а значит, их запасы должны быть отнесены к очень узкому возрастному интервалу. При непосредственном построении получающаяся кривая должна состоять из множества очень узких пиков. Кроме того, если при построении использовать всю базу данных, получится распределение открытых к настоящему моменту месторождений. Оценить при этом распределение всех, в том числе неизвестных, месторождений по полученному графику не удастся.
Для решения этих проблем использован алгоритм, представляющий собой модификацию алгоритма бутстрэппинга (bootstrapping) [Efron, 1979], который применительно к нашей задаче выглядел следующим образом. Сначала с использованием базы металлогенических данных составлялся исходный файл, в котором для каждого из 1801 месторождения содержались данные о запасах одного из металлов (Pb или Zn), верхний и нижний пределы возраста, а также указание относительно способа датирования. На основе этого файла случайным образом генерировалась выборка фиксированной длины (1000 месторождений). Важно, что одно и то же месторождение могло попасть в выборку многократно, а некоторые месторождения вообще не попадали в нее. При этом при включении месторождения в выборку ему приписывался случайный возраст из допустимого диапазона с учетом метода датирования. Если месторождение попадало в выборку несколько раз, то каждый раз ему приписывался новый случайный возраст. Например, некоторое месторождение, для которого по геологическим данным установлен раннемеловой возраст, могло с равной вероятностью быть включенным в выборку с датировкой 140 или 120 млн лет.
Полученную случайную выборку месторождений со случайным возрастом использовали для построения графика ФПВ числа месторождений и запасов металлов в них (т.е. графики числа месторождений и запасов РЬ или 2и, образовавшихся за 1 млн лет, в зависимости от возраста). Как указано выше, эту кривую с множеством острых пиков следует сгладить.
С этой целью для каждого возраста x находили число месторождений, образовавшихся в интервале x±d/2, где d — ширина окна сглаживания, а также суммарные запасы металлов в этом интервале. Таким образом, каждому возрасту приписывались не только те месторождения, которые имеют датировку x, но и все другие, образовавшиеся в некоторой временной окрестности x. Ширина окна сглаживания d подбиралась опытным путем. Использование слишком узкого окна приводит к появлению многочисленных узких пиков, затрудняющих интерпретацию (кривая недостаточно сглажена), тогда как слишком большая ширина окна сглаживания не позволяет выделять достаточно узкие пики, которые могут быть важны (кривая чрезмерно сглажена). Построение графиков ФПВ для запасов свинца и цинка и числа их месторождений выполнялось для разных значений d (от 10 до 200 млн лет). Эмпирически установлено, что для решения поставленных задач оптимальна ширина окна сглаживания в 50 млн лет.
Число месторождений и их запасы, попавшие в интервал шириной 50 млн лет, нормировались затем на ширину окна. При этом сумма всех значений полученной после усреднения ФПВ выборки (точнее, ее интеграл) даст полное число месторождений в ней и их полные запасы.
Приведенная операция усреднения соответствует математической процедуре свертки начальной ФПВ с профилем окна усреднения. В приведенном примере показано использование окна с прямоугольным профилем. Это означает, что если месторождение попадает в диапазон x±d/2, то оно учитывается с единичным весом. На практике использование прямоугольного окна приводит к появлению «ступенек» в усредненной ФПВ. Чтобы избежать этого, использовали окно с гауссовым профилем. В этом случае при подсчете месторождений и запасов, относящихся к возрасту x, месторождение с датировкой x будет учтено с весом 1, в то время как месторождение с датировкой x+d/2 — с весом е-1=0,368. Аналогично при построении ФПВ запасов РЬ и 2и с определенным весом будут учитываться и запасы металлов этого месторождения. Поскольку гауссова функция имеет форму симметричного колокола с плавным нарастанием значений от 0 (при очень больших положительных и очень малых отрицательных значениях аргумента) до 1 (когда аргумент равен нулю), плавная форма профиля окна позволяет получать плавную форму сглаженной ФПВ случайной выборки.
Такая процедура усреднения приводит к искажению кривой ФПВ вблизи правого края области диаграммы в диапазоне возраста 25—0 млн лет. Это связано с выходом окна сглаживания за пределы области значений возраста. Для исследования распределения запасов и месторождений в интервале 100—0 млн лет с использованием описанной процедуры строили ФПВ с уменьшенным окном сглаживания (20 млн лет), что также приводит к небольшому искажению, но только для интервала 10—0 млн л. н.
Чтобы получить ФПВ для всей базы данных, необходимо на основе исходного файла повторить указанную процедуру много раз (не менее 1000) и усреднить сглаженные ФПВ отдельных выборок.
В дальнейшем при построении графиков ФПВ месторождений и современных запасов РЬ и 2и, кроме специально оговоренных случаев, использовалось гауссово окно сглаживания шириной 50 млн лет. Результаты анализа именно этих графиков приведены в табл. 2—4. Для их интерпретации в качестве дополнительных материалов были использованы также рассчитанные по аналогичной методике графики ФПВ месторождений каждого из четырех важнейших мировых типов и запасов металлов в них.
Таблица 2
Главные пики возрастных спектров запасов Zn и Pb, млн л. н.
Zn Pb Zn Pb Zn Pb
2718 - - 956 - 270
1895 1893 - 893 227 224
1776 1763 742 742 166 172
1685 1687 527 530 94 93
1653 1652 469 468 55 64
1598 1596 393 395 24 30
1472 1472 342 356 13 14
Примечание. Для интервала времени 100—0 млн л. н. кривые ФПВ запасов металлов строились с использованием гауссового окна сглаживания шириной 20 млн лет.
С точки зрения дальнейшей интерпретации кривых ФПВ важно не только положение пиков по оси геологического времени, но и их относительная высота (продуктивность процессов рудо-образования), которая рассматривалась как мера значимости пиков и находилась с определенной ошибкой. Кроме среднего значения ФПВ для каждого возраста по 1000 реализаций рассчитывалась величина ошибки (среднеквадратическое отклонение), которая затем нормировалась на среднее значение ФПВ. Эмпирически установлено, что величина относительной ошибки в случае гауссова окна выше, чем при использовании прямоугольного. Кроме того, значения ФПВ запасов определяются с большей ошибкой, чем величина ФПВ месторождений. Эмпирически установлено, что
относительная ошибка возрастает до 150% и более между пиками кривой, где значения ФПВ приближаются к нулю. Однако принципиально важно, что продуктивность процессов рудообразования в периоды их наибольшего развития (соответствуют пикам кривых) определялась с ошибкой 8—15% (в зависимости от выбранного окна) по графикам ФПВ месторождений и 10—25% по графикам ФПВ запасов металлов. Такой точности достаточно для достижения целей нашего исследования.
Таблица 3 Средняя продуктивность процессов рудообразования в разные периоды истории Земли
Пик/кластер пиков ФПВ, млн л. н. Периоды минимальной продуктивности, млн л. н. Средняя (максимальная) продуктивность процессов образования запасов металлов, млн т/млн лет Накопленные запасы металлов, % от современных
Pb Zn Pb Zn
2750-2680 (2718) 3500-2750 0,00 0,01 0,05 0,48
0,01 (0,02) 0,41 (1,05) 0,20 3,37
1925-1580 в том числе 17301620 2680-1925 0,01 0,01 0,79 0,94
0,30 0,77 (1,96) 0,56 1,01 (1,98) 21,72 17,60 17,24 10,00
560-290 в том числе 450-290 1580-560 0,05 0,09 9,74 8,62
0,63 0,78 (1,38) 1,72 2,33 (4,96) 34,26 24,68 41,68 33,42
100-0 в том числе 45-10 290-100 0,36 0,52 14,20 8,93
0,92 1,53 2,09 3,08 19,04 11,12 18,74 9,10
Таблица 4 Распределение запасов Pb и Zn в месторождениях разных типов по важнейшим эпохам свинцово-цинкового рудообразования
Металлогени-ческие эпохи, млн л. н. Тип месторождений
VMSD SEDEX MVT плутоно-генные гидротермальные и скарновые
доля образовавшихся запасов*, %
Zn Pb Zn Pb Zn Pb Zn Pb
Неоархейская, 2750-2680 9,8 1,1 0 0 0 0 0 0
Палеомезопро-терозойская, 1925-1580 10,4 6,2 38,5 41,7 1,7 1,2 0 0,1
Неопротерозой-ско-палеозой-ская, 560-290 59,4 75,6 43,1 36,7 23,8 23,3 3,6 5,5
Мезозойско-кайнозойская, 100-0 5,9 5,1 0 0 38,2 29,3 85,3 83,1
Всего за приведенные эпохи рудообразова-ния 85,5 88,0 81,6 78,4 63,7 53,8 88,9 88,7
* За 100% принимаются суммарные запасы металлов в месторождениях данного типа.
Другая мера значимости пика — широта географического распространения месторождений соответствующего возраста или число рудных провинций, где он проявлен. Ниже этому будет уделено особое внимание при характеристике важнейших эпох свинцово-цинкового рудообра-зования.
Возрастные спектры месторождений свинца и цинка и запасов этих металлов. Приведенные на рис. 1 четыре сглаженные кривые ФПВ отражают распределение в геологическом времени известных месторождений и современных запасов 2и и РЬ, т.е. фактически представляют собой возрастные спектры месторождений и запасов этих металлов.
Графики ФПВ запасов 2и и РЬ демонстрируют ряд отчетливых пиков (рис. 1, а, б; табл. 2). Большинство из них проявлено в возрастных спектрах запасов этих металлов. Возраст пиков на двух кривых в таких случаях, как правило, совпадает или отличается на 1—2 млн лет, хотя в исключительных случаях разница может достигать 8—11 млн лет. Это связано с тем, что среднее значение отношения РЬ/2и в запасах свинцово-цинковых руд, отнесенных к разным моментам времени, не одинаково. Некоторые пики хорошо проявлены на графиках ФПВ запасов только одного из металлов (например, РЬ 956, 893; 2и 2718 млн л. н.), тогда как на графиках, отвечающих другому металлу, они отсутствуют или сильно сглажены.
В большинстве случаев пики образуют группы (кластеры), которые лучше выражены, сохраняются при разной ширине окна сглаживания ^=10, 20, 50, 100, 200 млн лет) и обычно состоят из нескольких пиков, отвечающих максимальному развитию рудообразования различных типов и (или) в разных рудных провинциях.
Значимые кластеры соответствуют периодам (млн л. н.) 1925—1580 (наибольшая продуктивность процессов рудообразования в интервале 1730-1620), 560-290 (450-290) и 120-0 (45-10). Близкие временные рамки имеют и группы пиков на кривых, отражающих распределение во времени месторождений обоих металлов. Их использование ограничивалось тем, что месторождения разных типов по-разному представлены в базе металло-генических данных, причем резко доминировали месторождения типа VMSD. Поэтому возрастные спектры месторождений использованы в основном для уточнения границ металлогенических эпох.
Перечисленные кластеры, а также первый крупный пик в возрастном спектре запасов цинка (2718 млн л. н.) разделены явными минимумами. Они хорошо выражены в возрастных спектрах месторождений, но осложняются локальными пиками в возрастных спектрах запасов металлов (млн л. н.): РЬ 1472, 956, 893, 742, 270, 224, 172; 2и 1472, 742, 227, 166. Таким локальным максимумам нередко нет соответствующих пиков в
возрастных спектрах месторождений, поскольку зачастую они обусловлены образованием единичных, хотя и очень крупных месторождений. В архее и протерозое продуктивность процессов свинцово-цинкового рудообразования в периоды, отвечающие таким минимумам, снижалась в десятки раз по сравнению с главными пиками (табл. 3) и нередко уменьшалась до нуля (в периоды 3400-3250 и 2660-2250 млн л. н.), а в позднем палеозое-среднем мезозое средняя продуктивность рудообразования была в несколько раз ниже, чем для кластеров 560-290 и 100-0 млн л. н.
Эпохи свинцово-цинкового рудообразования. Судя по возрастным спектрам месторождений РЬ и 2и (рис. 1, в, г), эти элементы наряду с N1 и Си относятся к числу очень немногих цветных металлов, формирование промышленных скоплений которых началось еще в палеоархее. Древнейшие месторождения возникли около 3465 млн л. н. на востоке блока Пилбара. Однако в течение следующих более чем 700 млн лет образовалось лишь 0,05% запасов РЬ и 0,48% запасов 2и, а средняя продуктивность процессов формирования запасов этих металлов не превышала (млн т/млн лет) 0,005 и 0,01 соответственно. Запасы сосредоточены в небольших месторождениях, относящихся к типу VMSD. Хотя их число невелико, распространены они достаточно широко: в пределах Западно-Австралийского (блоки Пилбара и Йилгарн), Херн (зеленокамен-ный пояс Ранкин-Эннадаи) и Каапваальского (зеленокаменные пояса Мурчисон и Барбертон) кратонов, на северной окраине Северо-Китайского кратона (гранит-зеленокаменный террейн Хун-бэй), а также на Балтийском щите. В периоды, когда по тем или иным причинам не возникали обстановки, благоприятствовавшие вулканогенному колчеданообразованию, продуктивность процессов свинцово-цинкового рудообразования в целом снижалась до нуля.
Формирование современных запасов свинца и цинка протекало исключительно неравномерно. Свыше 50% запасов каждого из этих металлов образовалось всего за 305 млн лет в периоды 17301620, 450-290 и 45-10 млн л. н. Трем отчетливо выраженным кластерам пиков и одиночному пику на 2718 млн л. н. соответствует накопление свыше 75% современных запасов РЬ и 81% 2и и образование подавляющего большинства месторождений этих металлов. Средняя продуктивность процессов рудообразования в отношении накопления запасов РЬ и 2и в указанные периоды суммарной продолжительностью 785 млн лет возрастала в 10 и 15,5 раза соответственно. Таким образом, кластеры пиков ФПВ, отвечающие интервалам геологического времени (млн л. н.) 1925-1580, 560-290, 100-0, с полным основанием можно считать выражением крупнейших металлогенических эпох.
Однако первая крупная эпоха накопления запасов цинка имела место 2750-2680 млн л. н.
РЬ
гп
3500
3000
2500
2000
1500
1000
Возраст, млн лет
Возраст, млн лет
Рис. 1. Графики ФПВ запасов (а, 6) и месторождений (в, г) свинца и цинка (гауссово окно сглаживания, ¿=50 млн лет)
В возрастных спектрах месторождений и запасов цинка, а также месторождений свинца она выражена отчетливым пиком (рис. 1, б- г). В этот период в зеленокаменных поясах кратонов Западно-Австралийского (блок Йилгарн), Сью-периор и Слейв сформировались многочисленные месторождения типа VMSD, вносящие 3,4 и 0,2% в мировые запасы 2и и РЬ соответственно, а продуктивность процессов образования запасов цинка составила в среднем 0,41, достигнув максимума (1,05) около 2718 млн л. н. (табл. 3). Неоархейская эпоха оставила заметный след в истории вулканогенного колчеданообразования, в этот период сформировалось 9,8% запасов 2и, но лишь 1,1% запасов РЬ в рудах месторождений типа VMSD (табл. 4). Крупнейшие месторождения этого времени — Кидд-Крик (9,1 млн т 2и), Геко и Маттагами-Лейк (свыше 2 млн т 2и).
Важная особенность этой эпохи — абсолютное доминирование типа VMSD как по запасам, так и по числу месторождений обоих металлов. По этой причине древнейшая эпоха рудообразования отличалась малой продолжительностью (около 70 млн лет) и выражена в возрастных спектрах запасов и месторождений цинка одиночным пиком, а не кластером пиков. Еще одним следствием стало не повторившееся в более поздние металлоге-нические эпохи значительное преобладание 2и над РЬ по размерам доли накопленных запасов (почти в 17 раз), а также средней и максимальной продуктивности процессов рудообразования (в 40-50 раз) (табл. 3). В связи с этим неоархейская эпоха практически не выражена в возрастных спектрах месторождений и запасов РЬ (рис. 1, а). Окончание этой эпохи связано с завершением развития неоархейских зеленокаменных поясов и сбором к 2600 млн л. н. предполагаемого первого в геологической истории планеты суперконтинента Кенорленд (Пангея 0, по [Хаин, 2000]).
Вторая эпоха свинцово-цинкового рудообра-зования отвечает периоду 1925-1580 млн л. н. и выражена кластером пиков (рис. 1; табл. 2). По сравнению с предыдущей она была более продолжительной, ознаменовалась накоплением намного больших запасов металлов, в целом характеризовалась значительно более высокой продуктивностью процессов рудообразования в отношении как запасов, так и числа месторождений 2и и особенно РЬ (табл. 3).
Начало этой эпохи ознаменовалось массовым образованием месторождений типа VMSD, которым, как и в предыдущую эпоху, отвечает одиночный максимум. Пик ФПВ запасов 2и, отвечающий 1895 млн л. н., связан с образованием многочисленных вулканогенных колчеданных месторождений Трансгудзонского орогена (зеле-нокаменных поясов Расти-Лейк, Флин-Флон, Ла-Ронж, Линн-Лейк, комплекса Кисейнью, Лабрадорского трога) и провинции Южная Канадского
щита, Западно-Австралийского (блоки Пилбара и Йилгарн) и Северо-Австралийского кратонов, а также Свекофеннского пояса Балтийского щита (рудные районы Шеллефте, Бергслаген, Оутокум-пу, пояса Виханти-Пюхясалми и Эйяля-Ориярви). Многие из этих месторождений формировались в обстановках энсиматических островных дуг и характеризовались медно-цинковым составом руд. Однако на 1893 млн л. н. приходится и первый пик, отчетливо проявленный в возрастном спектре запасов РЬ (рис. 1, а). Полиметаллическим составом руд характеризуются, в частности, месторождения района Сноу-Лейк в зеленокаменном поясе Флин-Флон, возникшие в обстановках зрелых энсиматических островных дуг, и особенно месторождения рудных районов Шеллефте и Гарпенберг Свекофеннского пояса, сформировавшиеся в эн-сиалических обстановках.
Палеопротерозойская вспышка вулканогенного колчеданообразования по продолжительности (90 млн лет) сопоставима с неоархейской (70 млн лет) и также предшествовала завершению сбора суперконтинентального массива (неопротерозойского суперконтинента Колумбия, или Нуна, или Пангея 1, по [Хаин, 2000]). В этот период, как и в неоархее, вулканогенное колчеданообра-зование было связано с широчайшим развитием вулканизма в пределах островных дуг при сближении блоков континентальной коры по зонам субдукции. В палеомезопротерозойскую эпоху сформировалось 10,4% запасов 2и и 6,2% запасов РЬ в рудах месторождений типа VMSD, возникли такие крупные месторождения, как Крандон, Флин-Флон, Зинкгруван (свыше 2 млн т 2и в каждом), Гарпенберг (более 0,7 млн т РЬ). Рудо-образование этого типа в основном затухло после 1840 млн л. н. и лишь кое-где продолжалось до 1740-1710 млн л. н. (район Джером в провинции Явапаи Канадского щита).
Оно практически прекратилось после амальгамации примерно 30 малых плит и стабилизации континента Колумбия около 1700 (1650) млн л. н. В пределах суперконтинента возникал специфический тектонический режим обширных (площадью «•10-«-100 тыс. км2) удлиненных, зачастую риф-тогенных, медленно прогибавшихся бассейнов. Нередко они характеризовались мелководными условиями осадконакопления, большой мощностью выполнявших рифты осадочных пород (от 2-5 до 12-15 км) при ведущей роли мелкообломочных терригенных пород и доломитов с прослоями эвапоритов.
В пределах таких структур в некоторых местах протекали процессы вулканогенного колчедано-образования, связанные с проявлениями базальт-риолитового вулканизма. Такие проявления не повсеместны, а ассоциирующие с ними месторождения типа VMSD очень редки (в частности
Дахуншань, Лалачан в поясе Куан-Дянь в провинции Верхняя Янцзы и Мейсянь в пределах ЮжноКитайского кратона с возрастом 1700—1500 млн лет). Однако в целом период 1850—1580 млн л. н. отмечен резким доминированием типа SEDEX во вновь образованных запасах металлов. В то же время палеомезопротерозойская эпоха — одна из двух главных в истории развития рудообразования типа SEDEX, в этот период возникло около 40% мировых запасов РЬ и 2и, сосредоточенных в таких месторождениях.
В палеомезопротерозойскую эпоху рудообра-зование этого типа имело место, в частности, в интракратонных рифтах Лядун (вдоль северной окраины Северо-Китайской платформы) и Пайн-Крик в Австралии (2176—2062 и 1887—1881 млн л. н. соответственно). Однако масштабное проявление нового мирового типа свинцово-цинкового ру-дообразования следует отметить только после 1850 млн л. н. Пики ФПВ запасов 2и, отвечающие 1776, 1685, 1653, 1598 млн л. н., а также близкие им максимумы в возрастном спектре запасов РЬ связаны именно с образованием многочисленных палеомезопротерозойских месторождений типа SEDEX. Они известны в поясе Аравалли-Дели, в рифтогенном прогибе на границе архейского Каапваальского кратона и аккретированной палеопротерозойской магматической дуги Рич-терсвельд в ЮАР, в интракратонных рифтах на северной окраине Северо-Китайской платформы (рифт Ланшань-Жаертай), южной окраине СевероАвстралийского кратона в районе залива Карпентария и в пределах Южно-Австралийского кратона (провинции Голер и Курнамона). Именно в этот период продуктивность процессов эксгаляционно-осадочного рудообразования достигла наивысшего уровня (пики на 1685 и 1653 млн л. н.), возникли такие крупные месторождения (млн т РЬ+2и), как Брокен-Хилл (60), НУС (32), Маунт-Айза (19), Хилтон (18,8), Джордж-Фишер (18), Рампура-Агуча (10), Раджпура-Дариба (8,5), Доншэнмяо (9,2), Гамсберг (6,6). Около 1650 млн л. н. доли накопленных запасов РЬ и 2и впервые сравнялись.
Месторождения типа МУТ в эту эпоху не оказали существенного влияния на баланс запасов РЬ и 2и, так как в период 1920—1580 млн л. н. образовалось, вероятно, лишь одно месторождение этого типа — Эскер на северо-западной окраине Канадского щита.
После 1580 млн л. н. продуктивность процессов рудообразования снизилась и оставалась на весьма низком уровне более чем 1 млрд лет (табл. 3), но не достигала практически нулевого уровня, как это было в палеоархее или неоархее— палеопротерозое. В период 1580—560 млн л. н. в многочисленных и географически разобщенных рудных провинциях возникали единичные, хотя в редких случаях и крупные по запасам месторож-
дения типа SEDEX, МУТ и VMSD, суммарные запасы РЬ и 2и в которых составляют почти 10% современных мировых.
Третья эпоха свинцово-цинкового рудо-образования — неопротерозойско-палеозойская (560—290 млн л. н.), по продолжительности (около 270 млн лет) она сопоставима с предыдущей и также выражена кластером пиков, наиболее значительные из которых отвечают периоду 450—290 млн л. н. (рис. 1; табл. 2—4). Эта эпоха стала главной при формировании мировых запасов металлов (свыше 34% запасов РЬ и почти 42% запасов 2и), а по продуктивности процессов рудообразования (особенно в отношении запасов 2и) она не имеет себе равных. Ее особенностью стало намного более широкое, чем ранее, распространение стратифицированных месторождений РЬ и 2и в карбонатных породах. Эти месторождения после 500 млн л. н. стали одним из важнейших мировых типов (МУТ).
Однако начало эпохи, как и в предыдущих случаях, ознаменовалось формированием многочисленных и крупных месторождений типа VMSD. В период 570—540 млн л. н. в вулканогенном кол-чеданообразовании еще доминировали месторождения подтипа бесси, приуроченные в основном к эпикратонным рифтам (Аппалачский пояс). В целом поздний неопротерозой, кембрий и ордовик характеризовались беспрецедентно широким распространением месторождений подтипов кипрского и бесси, которые после 540—510 млн л. н. были приурочены в задуговым спрединговым зонам (Аппалачский пояс, каледониды Норвегии, пояс Лаклан на Тасмании, Армориканский массив во Франции). В то же время количественно и по запасам металлов преобладали месторождения подтипов куроко и уральского, приуроченные к энсиалическим и энсиматическим дугам и известные в каледонидах Скандинавии, Квебекских Аппалачах, на Ньюфаундленде (связаны с эволюцией Япетуса), в Салаире, на Тасмании, в рудных провинциях Циньлин-Хейлунцзян и Силянь в Китае. Пики второго порядка ФПВ мировых запасов 2и на 527 и 469 млн л. н., а также запасов РЬ на 530 и 468 млн л. н. связаны прежде всего с этой вспышкой вулканогенного колчеданообразования, выраженной пиками ФПВ запасов металлов в месторождениях типа VMSD на 514 и 470 млн л. н. (2и) и на 469 млн л. н. (РЬ).
Примерно одновременно возникали и месторождения типа SEDEX в осадочных прогибах Селвин (район Анвил) и дуги Кутенай в Канадских Кордильерах (пик на 524 млн л. н. в спектре запасов обоих металлов на месторождениях типа SEDEX) и типа МУТ в Квебеке и на юго-западе Сардинии (пики на 532 и 453 млн л. н. ФПВ запасов РЬ и 2и соответственно в месторождениях типа SEDEX). Отметим также появление группы
месторождений Pb (в том числе месторождение Лайсвалль с запасами около 4 млн т Pb+Zn) в неопротерозойских—кембрийских песчаниках, перекрывающих протерозойский кристаллический фундамент на западной окраине Балтийского щита в Шведской Лапландии и сформировавшихся, по-видимому, до надвигообразования в Каледонском поясе.
Небольшой пик в спектре мировых запасов Zn на 432 млн л. н. обусловлен в основном значительным увеличением продуктивности рудообра-зования типа SEDEX в раннем силуре (пики на 435—433 млн л. н.). В окраинно-континентальном осадочном прогибе Селвин в обстановке пассивной континентальной окраины [Leach et al., 2010] или реактивизированной расщепленной континентальной окраины [Goodfellow, 2007] в это время возникли крупные месторождения (в том числе Говард-Пасс с запасами 27 млн т Pb+Zn). Указанные месторождения, а также древнейшие из месторождений типа MVT в рифтогенном прогибе Каннинг на северо-западе Австралии (в частности Адмирал-Бей с возрастом 425—410 млн лет и запасами 10 млн т Pb+Zn) скомпенсировали спад рудообразования типа VMSD в конце ордовика—начале силура (минимум продуктивности рудообразования типа VMSD соответствует времени около 440 млн л. н.).
В девоне и раннем карбоне в ходе супер -континентального цикла Пангеи надсубдукци-онный вулканизм и связанные с ним процессы вулканогенного колчеданообразования достигли широчайшего размаха. В пределах островных дуг, расщепленных дуг, задуговых энсиалических прогибов удаленной зоны, связанных со сбором суперконтинента, сформировались многочисленные колчеданоносные рудные провинции (в том числе три важнейшие), свыше 20% всех месторождений типа VMSD, среди них большинство крупнейших месторождений этого типа (Рио-Тинто, Ла-Зарза, Невиш-Корву, Алжустрел, Сотиель-Мигольяс в Иберийском колчеданном поясе, Учалинское, Гайское, Ново-Учалинское, Узельгинское на Урале, Риддер-Сокольное, Зыряновское, Тишинское, Малеевское на Рудном Алтае). Среди этих месторождений доминировали относящиеся к подтипам куроко и уральскому. В это время сформировалось 43% общих запасов Pb и 37% запасов Zn в рудах месторождений типа VMSD, а продуктивность рудообразования этого типа достигла абсолютного максимума. Пики ФПВ запасов Zn и Pb в рудах месторождений типа VMSD на 396 млн л. н. в основном отвечают месторождениям Урала и Рудного Алтая, а на 355 (352) млн л. н. — Иберийского колчеданного пояса.
Практически синхронно со вспышкой рудо-образования типа VMSD в надсубдукционных об-становках в интракратонных рифтах (Кобар в Ав-
стралии, Синьлин в Китае, Северо-Пиренейском во Франции и др.), в задуговых рифтах (Кечика в Британской Колумбии, Срединный Тянь-Шань, Рейнский грабен), на реактивизированных расщепленных континентальных окраинах (кратон Янцзы, прогиб Селвин в Британской Колумбии и на Юконе) возникли крупные и весьма многочисленные месторождения типа SEDEX. Пики продуктивности рудообразования этого типа на 389 (388 млн л. н. для РЬ) и 342 (343) млн л. н. совпали с максимумами продуктивности рудообразования типа VMSD. В самом конце девона образовались также месторождения типа МУТ в рифтогенном прогибе Каннинг (Австралия), в пределах эпикратонных карбонатных платформ Маккензи, Западно-Ньюфаундлендской и Арктической на пассивных континентальных окраинах, а также в прогибах форланда, например вдоль фронта Аппалачей, в штатах Теннесси, Пенсильвания, Виргиния (пик ФПВ запасов металлов на месторождениях типа МУТ, отвечающий 366 (364) млн л. н.).
После завершения сбора Пангеи (около 330 млн л. н.) произошло снижение в глобальном масштабе интенсивности вулканизма и связанных с ним процессов вулканогенного колчеда-нообразования, а после 310 млн л. н. практически прекратилось и рудообразование типа SEDEX. В результате продуктивность процессов рудообра-
Рис. 2. Графики ФПВ запасов металлов в интервале 100—0 млн л. н. (гауссово окно сглаживания, d=20 млн лет)
зования в целом резко (почти в 20 раз) сократилась и достигла минимума около 290 млн л. н. Однако в отличие от более ранних эпох продуктивность процессов свинцово-цинкового рудообразования на стадии коллизии хотя и снизилась в несколько раз, поддерживалась в период 290—100 млн л. н. на умеренном уровне (пики высоких порядков ФПВ мировых запасов 2и на 227, 166 и РЬ на 270, 172 млн л. н.).
Четвертая эпоха свинцово-цинкового рудообразования (после 100 млн л. н.) незавершенная, выражена кластером пиков ФПВ запасов (млн л. н.) 2и на 94, 55, 24 и 13 и РЬ на 93, 64, 30 и 14 (рис. 2) и ознаменовалась накоплением примерно 19% современных запасов этих металлов.
Ее начало отмечено проявлениями вулканогенного колчеданообразования в поясе океана Тетис (пики ФПВ запасов 2и на месторождениях типа VMSD на 92 и 76 млн л. н.). В меловое время продолжала снижаться продуктивность рудообразования типа VMSD, мелкие по запасам вулканогенные колчеданные месторождения различных подтипов сформировались в пределах пояса океана Тетис, в офиолитовом массиве Троодос на Кипре, в Восточном Понте, Юго-Восточной Анатолии, Омане, а также в Калимантанской, Филиппинской, Японской и Карибских дугах, в Западно-Перуанском прогибе (в том числе месторождение Тамбо-Гранде) и Северных Кордильерах. Эта тенденция продолжилась затем в неогене (особенно в миоцене), когда возникли известные месторождения подтипа куроко в Поясе Зеленых Туфов в Японии, на Курилах, в Индонезии и на Фиджи (пики ФПВ запасов 2и и РЬ на месторождениях типа VMSD приходятся на 14 млн л. н.). В рамках этой эпохи следует рассматривать и многочисленные районы проявления современного вулканогенного колчеданообразования на океанском дне.
Наряду с этим в конце мезозоя—палеоцене возникли месторождения типа М^ в Иране и Турции, в том числе крупнейшее месторождение Мехдиабад (23 млн т 2и+РЬ). Им отвечают пики ФПВ запасов 2и (РЬ) в месторождениях МТГ на 91 и 81 (95 и 80) млн л. н. Позднее, в палеогене (пики на 68, 52 (58) млн л. н.), сформировались месторождения на южной и юго-восточной окраинах Центрально-Французского массива, в пределах прогиба Пукара на окраине Бразильского щита и особенно в Северо-Силезском бассейне в Польше (свыше 40 млн т 2и+РЬ). В этот период продуктивность процессов рудообразования типа МТГ достигла максимума. Наконец, в миоцене в пределах Альпийского пояса, в бассейне форланда вдоль фронта мезозоид Атласа (Алжир, Тунис), в пределах мезозойской Североафриканской карбонатной платформы (Марокко), в мезозойско-кайнозойском Баско-Кантабрийском прогибе (Реосин и другие месторождения в Испании) воз-
никла группа наиболее молодых месторождений этого типа, которым соответствуют пики ФПВ запасов 2и (РЬ) на месторождениях МТГ на 9 (7) млн л. н.
Однако главная особенность этой эпохи — исключительно высокая продуктивность процессов скарнового и плутоногенного гидротермального (жильного и типа замещения, или типа манто) рудообразования, особенно в палеогене и неогене (максимумы ФПВ запасов металлов в месторождениях этой группы приходятся на 59 (64), 26 (27) и 14 млн л. н.). К этому времени относится становление многочисленных палеоген-миоценовых полиметаллических гидротермальных и скарновых месторождений в Британской Колумбии, западных штатах США (крупнейшие месторождения Парк-Сити, Ларк, Тинтик—Ист-Тинтик), Мексике (в том числе Санта-Эулалия), Гондурасе (Эль-Мочито), Перу (Церро-де-Паско, Антамина и др.), Аргентине, а также в Испании, Италии, странах Балканского п-ова (в частности Мадан в Болгарии, Саса в Македонии, Трепча в Сербии, Лавриум в Греции), в Турции, Китае (например, Циньдин), на Корейском п-ове (Джеомдеок), в России (мел-палеоценовое Дальнегорское месторождение) и в других странах. В последние 65 млн лет сформировалось свыше 75% современных запасов РЬ и 2и в рудах скарновых и плутоногенных гидротермальных месторождений. Именно они на 68% для РЬ и на 57% для 2и обусловили высокую среднюю продуктивность образования запасов металлов в последние 100 млн лет. Доминирование в мезозойско-кайнозойскую эпоху месторождений этого типа как по численности, так и по запасам металлов подчеркивает существующие между важнейшими металлогеническими эпохами различия по относительной роли геолого-промышленных типов месторождений 2и и РЬ.
Заключение. Процессы свинцово-цинкового рудообразования в истории планеты носили исключительно неравномерный характер. В возрастных спектрах месторождений и запасов РЬ и 2и выявлены четыре кластера пиков (млн л. н.): 2750— 2680, 1925-1580, 560-290, 100-0. Они устойчивы, объединяют от одного до пяти максимумов продуктивности процессов рудообразования и, в отличие от отдельных пиков, характеризуются широким географическим распространением и сочетанием различных типов рудообразования. Установленные группы пиков соответствуют важнейшим эпохам свинцово-цинкового рудообразования в геологической истории. Их существование, равно как и изменяющееся от одной эпохи к другой соотношение различных типов месторождений, необходимо учитывать для оптимизации стратегии поисковых работ. Задача будущих исследований — анализ факторов, обусловивших особенности возрастных спектров месторождений и запасов РЬ и 2и.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Еремин Н.И., Дергачев А.Л., Сергеева Нат.Е., Позднякова Н.В. Типы колчеданных месторождений вулканической ассоциации // Геология рудн. месторождений. 2000. Т. 42, № 2. С. 177-190.
Хаин В.Е. Проблемы тектоники раннего докембрия // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 4. Геология. 2000. № 4. С. 13-24.
Efron B. Bootstrap methods: Another look at the jack-knife // Ann. Statist. 1979. Vol. 7. P. 1-26.
Eremin N.I., Dergachev A.L., Pozdnyakova N.V., Sergeeva N.E. Epochs of volcanic-hosted massive sulfide ore formation in the Earth's history // Geology of Ore Deposits. 2002. Vol. 44, N 4. P. 259-275.
Goodfellow W.D. Base metal metallogeny of the Selwyn basin, Canada // Mineral deposits of Canada: A synthesis of major deposit types, district metallogeny, the evolution of geological provinces, and exploration methods // Geol. Ass. of Canada, Mineral Deposits Division. Spec. Publ. 2007. N 5. P. 553-579.
Goodfellow W.D., Lydon J.W. Sedimentary-exhalative (SEDEX) deposits // Geol. Ass. of Canada, Mineral Deposits Division. Spec. Publ. 2007. N 5. P. 163-183.
Hitzman M.W., Selly D., Bull S. Formation of sedimentary rock-hosted stratiform copper deposits through Earth history // Econ. Geol. 2010. Vol. 105. P. 627-639.
Huston D, Stevens B, Southgate P.N. et al. Australian Zn-Pb-Ag ore systems: A review and analysis // Econ. Geol. 2006. Vol. 101. P. 1117-1157.
Large R.R., Bull S.W, McGoldrick P.J. et al. Stratiform and strata-bound Zn-Pb-Ag deposits of the Proterozoic sedimentary basins of northern Australia // Econ. Geol. 2005. 100th Annivers. Vol. P. 931-963.
Leach D.L., Bradley D.C., Huston D. et al. Sedimenthosted lead-zinc deposits in Earth history // Econ. Geol. 2010. Vol. 105. P. 593-625.
Leach D, Sangster D.F., Kely K.D. et al. Sedimenthosted lead-zinc deposits: A global perspective // Econ. Geol. 2005. 100th Annivers. Vol. P. 561-608.
Paradis S., Hannigan P., Dewing K. Mississippi Valley-type lead-zinc deposits (MVT) // Geol. Ass. of Canada, Mineral Deposits Division. Spec. Publ. 2007. N 5. P. 185-203.
Поступила в редакцию 10.10.2014
