CC BY
13
ИЗВЕСТИЯ УРАЛЬСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННОЙ
ГОРНО-ГЕОЛОГИЧЕСКОЙ АКАДЕМИИ__
тт-СЁМ4Л: ГЕйЛбгия и ГЕбФи^икл-Е7Г7ГТ"
ГЕОЛОГИЯ, ПРОГНОЗИРОВАНИЕ, ПОИСКИ И РАЗВЕДКА МЕСТОРОЖДЕНИЙ ПОЛЕЗНЫХ ИСКОПАЕМЫХ
УДК 553.435 (470.5)
В.Ф.Рудницкий
КВАЗИЭЛИЗИОННАЯ МОДЕЛЬ ФОРМИРОВАНИЯ КОЛЧЕДАННЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ УРАЛЬСКОГО ТИПА
Генетические модели определяют и систематизируют условия и факторы образования I месторождений. Новые концепции позволяют привлекать для прогнозирования не учтенные ранее поисковые признаки и критерии. Относительно генезиса колчеданных месторождений, как типичных представителей группы гидротермальных вулканогенных месторождений, оформились две группы моделей: классическая, или ортомагматическая, и конвективная, или рециклинговая.
Классическая гипотеза предполагает, что гидротермальные растворы и металлы поступали из тех же глубинных магматических очагов, которые питали рудовмещающие вулканогенные комплексы. Растворы, используя те же пути движения к поверхности Земли, что и расплавы, сопровождали вулканизм. По мнению сторонников этой гипотезы, причины рудообразования кроются в особенностях дифференциации и контаминации магматических расплавов.
Во второй половине 70-х годов Х.Омото, Е.Т.Спунером и др. предложена принципиально новая модель, основанная на предположении о конвективной циркуляции (рециркуляции) морской воды через толщи вулканогенных образований. Морская вода, проникая по трехцинам на глубины первые километры, разогревается неглубокозалегающими интрузивами и, поднимаясь вверх, выщелачивает рудное вещество из вмещающих пород с последующим отложением его в местах выхода гидротерм на дне водных бассейнов. Необходимыми условиями активности рудообразующих систем такого типа, по П.Рона, являются: а) вулканический источник тепла; 6) океаническая вода, в) проницаемая порода.
Автором выдвигается идея квазиэлизионной модели колчеданного рудообразования. Предполагается, что захоронение морских вод в вулканических впадинах, заполненных газонасыщен-ным раскаленным вулканокластическим материалом, обусловливает химическую агрессивность захороненных (седиментационных) вод, что в свою очередь приводит к метасоматическим изменениям вмещающих пород и выщелачиванию из них рудного вещества. Литификация толщ с участием инфильтрационного водообмена способствует выжиманию минерализованных седиментационных вод (гидротерм) с последующим осаждением рудного вещества на дне палеодеп-рессий.
Концепции образования колчеданных месторождений с участием вадозных вод основаны главным образом на результатах исследований изотопов водорода и кислорода. Установлено, что в составе рудообразующих растворов находилось лишь 5-10% ювенильной воды, остальная по своим характеристикам близка к океанической.
Обоснование квазиэлизионной модели основано на геологическом материале, накопленном
78
[*ат-ром при многолетних исследованиях уральских колчеданных месторождений (Красноураль-Ьех. Кабанское, Зюзельское, Учалинское, Узельгинское, Сибайское, Маканское рудные поля).
Типовой разрез палеозойских остро воду жн ых формаций натрового ряда, в которых форми-р-чались уральские колчеданные месторождения, состоит из рудовмещающей толщи вулканитов о- _-х>го состава, подстилающих вулканитов основного состава и перекрывающих вулканогенно-»очных отложений (1]. Рудовмещающие толщи имеют значительную мощность (до 1,0-1,5 [ км). а рудные тела в них располагаются на разных уровнях.
Формирование колчедан он осного разреза происходит в субмаринной обстановке, которая жстаточно отчетливо определяется по наличию в толщах характерных для подводных условий I долханических пород (подушечных лав, гиалокластитов), осадочных отложений (турбидитов, : пгалодного коллювия) и остатков морской фауны [71.
Палеовулканические реконструкции показывают, что колчеданные залежи приурочиваются к л/епрессионным структурам разного порядка и генезиса. Обширные (десятки километров) и вг-юсительно плоские кальдерные депрессии образуются в связи с базальтовым вулканизмом. К ■о* в большинстве своем тяготеют центры кислого вулканизма. Формирование вулканических | лвгтрессий в пределах кислых толщ обусловлено обычно двумя одновременными и взаимосвязан-' Ькми процессами: ростом экструзивных куполов и просадкой прилегающих к ним участков, в ■вновном, из-за оттока расплавленного вещества из недр. Такая обстановка приводит к образованию резко расчлененного рельефа с глубокими впадинами. Межкупольные и склоновые Ьпрессионные структуры контролируют размещение колчеданных залежей.
Литолого-фациальный анализ разрезов колчеданоносных палеодепрессий показывает, что они «¿полнены автохтонным газонасыщенным и раскаленным (на период формирования) вулкано-Цаастическим материалом, образованным преимущественно при дезинтеграции лавовых потоков. Он представлен эвтакситовыми и брекчиевыми лавами, ксенокласголавами, да во- и гиалокласти--вми. Соотношение обломочных и компактных разностей, как правило, не менее 1. Депрессии, »¿полненные остывшим литокластическим материалом (вулкан омиктовым и туфогенным), не одержат колчеданного оруденения.
Рудовмещающие разрезы в пределах депрессий характеризуются дискретным накоплением 17лканокластического материала и состоят из закономерно повторяющихся генетически связанных наборов пород, сформированных в результате проявления вулканических циклов (3). Строение элементарного эруптивного цикла кислого вулканизма характеризуется сменой сверху »из следующих образований:
1) полимиктовые (с рудокластами) плохо сортированные вулканогенн о-осад очные отложения (преимущественно подводный коллювий);
2) колчеданные руды;
3) переотложенные вулканок.\лстмты (тефрогтурбидиты ), гидрогенно-осадочные породы;
4) вулканокластические породы: лаво-гиалокластиты, образования пирокластических потоков;
5) брекчиевые и эвтакситовые лавы;
6) однородные лавы;
7) брекчиевые и эвтакситовые лавы.
Мощность эруптивных циклов варьирует в пределах 10 - 150 м.
Типичными околорудными гидротермально-измененными породами уральских колчеда»шых месторождений являются серицит-хлорит-кварцевые метасоматиты. Среди них по ассоциациям главных минералов различаются три минеральные фации (зоны): 1) серицит-кварцевая, 2) хрицит-хлорит-кварцевая, 3) хлорит-кварцевая. Изучение материала, полученного в связи с глубинными поисками, при которых глубокие горизонты ряда месторождений (Талганского, Чебачьего, Октябрьского и др.) были детально разбурены, позволило выделить нам в подрудной части уральских колчеданных месторождений преобразования, сходные с пропилитизацией в понимании Д.С.Коржинского, В.П.Логинова, В.А.Русинова. Пропилитизированные породы сменяют серицит-хлорит-кварцевые метасоматиты на глубину. Граница между ними, как правило, расплывчатая, с переходной зоной мощностью от первых метров до первых десятков метров, где породы частично замещены кварцем, серицитом. По данным автора [2], на уральских колчеданных месторождениях для пропилитизированных пород характерны: а) минеральные ассоциации: альбит + хлорит + пирит ± карбонат ± кварц, отвечающие условиям наиболее низкотемператур-
79
ной карбонат (альбит) - хлоритовой фации гтропилитизации; в отличие от зеленокаменных пород в них отсутствуют эпилог, гематит, актинолит; б) так же. как и в зеленокаменных породах, в них отчетливо сохраняются текстурно-структурные особенности исходных вулканогенных пород; в; в отличие от зеленокаменных пород здесь развиты вкрапленность и прожилки пирита. Пропи-литовые изменения с глубиной также затухают, исчезают вкрапленность и прожилки пирита, появляются эпидот, актинолит и другие минералы зеленокаменных вулканогенных пород Мощность зоны прогтилитизации составляет сотни метров, не превышая, вероятно. 1 км.
В геологическом разрезе ореол серицит-хлорит-кварцевых мета сома титов и пропилитовая зона имеют стратиформное залегание. Серицит-хлорит-кварцевые метасоматиты приурочены, как правило, к кислой толще и не проникают в перекрывающие ее вулканогенн о-осад очные отложения. Граница серицит-хлорит-кварцевых метасоматитов и пропилитизированных пород обычно совпадает с границей кислой и основной толщ, и пропилитозые изменения развиваются в вулканитах основного состава.
Палеовулканические реконструкции позволили рассмотреть положение гидротермально-метасоматических изменений в вулканических структурах. Площади развития преобразований как пропилитовых, так и серицит-хлорит-кварцевых метасоматитов совпадают с контурами вулканических палеодепрессий и отсутствуют в участках с положительными формами палеорель-ефа. Зоны гтропилитизации, имеющие более плоскую форму и большие по ла те рал и размеры, приурочиваются к кальдерным депрессиям, заложенным при базальтовом вулканизме и контролирующим границы рудных полей. Ореолы серицит-хлорит-кварцевых метасоматитов с прожилками и вкрапленностью сульфидов характеризуются более локальным распространением на склонах экструзивных куполов, реже связаны с локальными впадинами базальтового основания
[4].
Для серицит-хлорит-кварцевых метасоматитов в идеальном случае характерно следующее строение. Основной объем ме^асоматического ореола занимают серицит-хлорит-кварцевые породы. Серицит-кварцевая и хлорит-кварцевая зоны имеют подчиненное распространение и расположены, как и колчеданные залежи, в верхней части ореола. В конкретных случаях зональность более сложная. Усложнение проявляется в первую очередь в том, что метасомати« ее -кие ореолы часто имеют многоярусное строение, выражающееся в том. что в разрезе несколько раз повторяются зоны серицит-кварцевых и хлорит-кварцевых пород, фиксирующих близ рудный уровень.
Для выяснения причин многоярусного строения ореолов серицит-х.\орит-кварцевых метасоматитов нами проведены сопоставление разрезов метасоматической зональности с теми же разрезами, где изучена цикличность накопления вулканогенных отложений [4.5]. Анализ показывает следующее: а) метасоматические зоны имеют конформное с границами вулканических циклов залегание, хотя по отношению к отдельным слоям внутри них имеет место и секущее положение; б) каждый эруптивный цикл имеет свой автономный зональный ореол изменений, в котором серицит-кварцевая и хлорит-кварцевая зоны, отражающие близрудный уровень, совпадают с его верхней частью. Чрезвычайно интересно то обстоятельство, что отдельные автономные ореолы в разрезе могут быть разделены слоями неизмененных пород, что наиболее отчетливо наблюдается на Сибайских месторождениях [5].
Положение автономных ореолов в целом, а также серицит-кварцевых зон контролируется наиболее прогнутыми участками палеодепрессий, которые фиксируются в первую очередь более мощными прослоями осадочных отложений. При миграции центра депрессий в процессе эруптивной деятельности перемещаются участки наибольшей гидротермальной проработки, в каждом случае тяготея к максимально прогнутым частям, что особенно заметно нз Че6ачьем месторождении. При этом на флангах характерно пилообразное выклинивание автономных ореолов и их смещение по латерали относительно друг друга.
Приуроченность околорудных изменений к депрессиям, страти формное залегание мета соматических зон, многоярусное строение и связь ореолов изменений с циклами накопления вулканогенных пород являются существенными признаками, указывающими на участие в рудообразующей гид)ютермальной системе седиментационных вод.
Расчеты баланса вещества [6] позволяют сделать два важных вывода:
1. Миграция вещества при гидротермальных изменениях происходит в полузамкнутой системе, открытой для привноса лишь серы, углерода и водорода, которые могут заимствоваться
'80 '
океанической воды. Некоторые элементы (натрий, кальций, фосфор и марганец) частично и, вероятно, рассеиваются в водном палеобассейне. Кальций, возможно, в дальнейшем на образование известняков, которые часто завершают колчеданоносный разрез. Марганец повышенные содержания в осадках перекрывающих толщ.
2. Рудное вещество (железо, медь, цинк) выщелачивается из подстилающих пропилитизи-эсванных пород в количествах, сопоставимых с запасами их на месторождениях.
Механизм колчеданного рудообразования с участием седиментационных вод представляется ующим образом (рис.1).
При излиянии потоков лав базаль- ^
состава в подводных условиях в уультате соприкосновения с водой трои сходит их дробление и автомета-«эрфическое зеленокаменное преобразование. Рудные элементы (Ре, Си, 1с ), находящиеся в расплаве, при крис--з-члизации и одновременных преобразованиях концентрируются в эпилоге. гематите, амфиболах, на что указы-ыг анализ их монофракций [6]. При базальтовом вулканизме, в основном в саду высокой текучести расплавов, образуется слабо расчлененный рельеф: -лоские, но обширные депрессии и »высокие возвышенности. В палео-лепрессиях, наряду с накоплением лав * обломочных разностей, происходит захоронение морских вод. Высокая температура и дегазация остывающих вулканогенных пород приводят к разогреву и химической активности седимеь -—ционных вод. Источником тепла являлись также, вероятно, интрузии габбро-диоритов, развитые в нижних час-подрудных базальтовых толщ. Начинается изменение (точнее, растворение) зеленокаменных пород, примем в первую очередь в создавшихся условиях неустойчивыми становятся ?лидот, гематит, амфиболы. Рудные элементы из разрушаемого амфибола, хтидота, гематита, где отмечается их повышенное содержание, переходят в раствор. Вулканогенные породы послед-тощих циклов извержений создавали литостатическое давление, в результате чего нижележащие захороненные воды (уже слабо минерализованные) поднимались в вышележащие горизонты, усиливая в них концентрацию рудных элементов. Такая многоступенчатая система накопления и выжимания
нижележащих слабоконцентрировакных седиментационных вод приводила к постепенному увеличению концентрации рудных элемоггов в растворе. Вероятно, что часть концентрированных захороненных вод в отдельных участках выжималась на дно палеодепрессий, образуя донный, слабо концентрированный раствор. Этот период гидротермальной деятельности проявлен зоной
81
Рис.1. Этапы развития г.алеообстановок колчеданного рудообраэовйния (¡-VIII): 1 - габбро-диориты; 2 - базальты; 3 - их вулканокластическис разности; 4 - экструзивы кислого состава; 5 - вулканокластическис породы кислого состава; 6 - известняки; 7 - терригенно-осадочные породы; 8 -синвулканическис разломы; 9 - серицит-хлорит-кларце-вые метасоматиты; 10 - пропилит; 11 - колчеданные залежи; 12 -нелигифицированные вулканокласты; 13 - до хны с металлоносные рассолы; 14 - пути циркуляции растворов; 15 - морская вода
пропилитизации. Преобразования косили характер выщелачивания и были, как правило, незначительными: а) в силу фактора времени интенсивные вулканические процессы приводил* к постоянному перемещению захороненных вод и не позволяли им длительно воздействовать »ч вмещающие породы; б) депрессии в этот период были обширными и плоскими, что также препятствовало образованию высококонцентрированного химически агрессивного раствора. По этим же причинам не происходило массового отложения рудного вещества. Только в аномальных участках с дискретным и мощным накоплением вулканокластического материала в локальных впадинах могли образоваться залежи.
В связи с кислым вулканизмом обстановка меняется существенно. Из-за высокой вязкости кислого раствора образу« сильно расчлененный рельеф: куполовидные поднятия экструзивных тел и чаще -трогообразные депрессии между ними или на склонах с разницей высот в сотни метров. Вулканизм был дискретным: вулканические процессы сменялись периодами затишья, которые, судя по мощности осадочных пород, были более длительными. Глубокие депрессии сравнительно быстро заполнялись мощными пачками обломочного раскаленного и газонасыщенного вулкане генного материала, при этом захоронялс значительное количество воды и частит слабо концентрированных донных растворов, образованных еще при базальто! вулканизме. Повышенный тепловой поток в связи со становлением экструзивных куполов и гипабиссальных интрузий, локализация захороненных вод в относительно небольших впадинах, насыщение их магматическими эманациями, содержащими Б, С, Н, поступление минерализованных рас-
Рис.2. Принципиальная схема пал со вулканически* и лалеогидритер-мальных обстановок формирования уральских колчеданных месторождений
творов из нижележащих толщ, а главное, более длительные периоды затухания вулканическс деятельности приводили к усилению агрессивности захороненных вод и увеличению концентра-ции растворенных веществ, что в свою очередь обусловило интенсивные изменения вулканогенных пород с образованием ссрицит-хлорит-кварцевых метасоматитов. Накопление пород вело к увеличению литостатического давления и выжиманию минерализованных растворов на дно депрессии с осаждением из них колчеданных руд. Циркуляции растворов способствовали и инфильтрационные процессы, обусловленные, главным образом, градиентом температур и неоднородностью рельефа. Причем такой процесс был многоактным и характерным для каждого эруптивного цикла. Интенсивность изменений сульфидной минерализации в каждом цикле определялась длительностью периодов затухания вулканизма, степенью диспергированности и количеством обломочного вулканогенного материала, динамикой его поступления, формой и масштабами рудоконтролирующих депрессий.
Гидротермально-осадочное рудоотложение эволюционирует во времени и очень чувствительно к изменению вулканической, сейсмотектонической и гидродинамической обстановок. В спокойных условиях формируются /лассивные однородные руды и их комковатые разности, для которых характерны пластичные комки пиритового состава с контактовым или поровым цементом, содержащим повышенное содержание сфалерита (8). Образование комковатых руд связано, вероятно, с диагенезом рудного геля. Спорадическое поступление обломочного матери: в участки гидротермально-осадочного рудоотложения существенно искажает облик руд и обусловливает появление обломочно-цементных текстур. Обильный привнос вулканического материала может подавлять процесс поступления на дно палеодепрессий минерализованных растворов и приводить к рассеиванию сульфидной минерализации. При обрушениях, оползнях и размыве водными потоками ранее сформированных руд образуются слоистые, слоепатые и
82
грекчированные разности нередко со значительной долей нерудного материала. Наиболее шире» с распространены три генетических типа терригенно-осадочных руд: а) турбидиты; б) флюксотур-гчлиты; в) подводный коллювий.
Одним из ключевых вопросов теории колчеданного рудообразования является объяснеьг.; тричин его связи с определенными вулканогенными формациями, по классическим предстазле-^им которая объясняется мантийно-коровыми процессами. Приведенные автором данные позволяют связывать рудообразованке не только непосредственно с глубинными мантийно-коровыми процессами, но и с продуктами их становления в экзогенной обстановке через цепь саимосвязанных процессов (рис,2).
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Прокин В.А. Закономерности размещения колчеданных месторождений на Южном Урале. - М.: -ждра, 1977. - 176 с.
2. Рудницкий В.Ф. О новом типе метаморфических изменений пород на уральских колчеданных жсторожлениях//До клады АН СССР. - 1981. -Т.260, N2. - С.440-443.
3. Рудницкий В.Ф. Положение колчеданных залежей в разрезе вулканогенно-осадочных пород Тжлъгинского рудного поля (Южный Урал)//Гсолотя рудных месторождений. - 1983. - N'1. - С.40-49.
4. Рудницкий В.ф. Гидротермально-метасоматические изменения пород колчеданных месторожде-*>й Уэельгинекого рудного поля (Южный Урал) //Известия АН СССР, сер. геолог. - 1983. - N1. -С101-111.
5. Рудницкий В.Ф. Особенности ореола околорудных изменений Сибайского медноколчеданного Яисторождения//Геолог.1я рудных месторождений. -1985. - N2. С94-100.
6. Рудницхий В.ф. Миграция вещества при формировании уральских колчеданных месторождений ; Геохимия. - 1987. - N6. - С.813-823.
7. Рудницкий В.ф. Палеогеографические условия образолания южноуральских колчеданных место-жждений //Литология и полезные ископаемые. - 1988. - N2 - С.109-121.
8. Рудницкий В.ф., Путинцева ЕЛ. Текстурная зональность руд Учалинского медноколчеданного К деторождения (Южный Урал) //Доклады АН СССР. - 1988. - Т.302, N2. - С.403-406.
ДК 321.6+553.491.8+662.5/470.5/
И.А.Малахов, П.Л.Бурмако
ТЕМПЕРАТУРА ФОРМИРОВАНИЯ ДУНИТОВ И ХРОМИТОВ ЗОНАЛЬНЫХ МАССИВОВ УРАЛА
Проводившееся в пос\едние годы детальное геолого-петрографическое и геохимическое [ изучение ряда наиболее крупных и интересных в промышленном отношении зональных массивов Урала позволило летально разобраться на основе полученных многочисленных микрозондовых [ данных с составом оливинов и хромшпинелидов в дунитах и в ассоциирующих с ними различных текстурных типах хромитов, часто несущих богатую платиновую минерализацию (4.5]. С другой стороны, в геологической литературе за последние два-три десятилетия появился целый ряд геотермометров, позволяющих на основе оливин-хромшпинелевых разновесий вполне надежно определять температуру образования слагающих их пород и руд. Правда, обычно не рассматриваются принципиально важные вопросы, характеризуют ли эти равновесия первичные или зторичиые минеральные равновесия, образующиеся в результате наложенных процессов метаморфизма, столь характерные для ультраосновных массивов 11латипоносного пояса Урала.
83
