CC BY
120
УДК 553.434
Трубачев Алексей Иванович Aleksei Trubachev
ГЕНЕТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ФОРМИРОВАНИЯ РУД МЕДИСТЫХ ПЕСЧАНИКОВ И СЛАНЦЕВ
GENETIC MODELS OF MINERALIZATION OF CUPRIFEROUS SANDSTONES AND COPPER SCHISTS
Рассмотрены шесть основных генетических моделей формирования руд медистых песчаников и сланцев, предложена новая полигенная модель
Ключевые слова: генетическая модель, медистые песчаники и сланцы
Six main genetic models of mineralization of cupriferous sandstones and copper schists are de-scribed. New polygenetic model is offered in the article
Key words: genetic model, cupriferous sandstones, copper schists
В настоящее время известно девять промышленных типов медных месторождений: медно-никелевый, ванадиево-же-лезо-медный (магматическая генетическая группа), карбонатитовый (карбонатитовая генетическая группа), скарновый (скарно-вая генетическая группа), медно-порфировый, кварц-сульфидный жильный, самородной меди (гидротермальная генетическая группа), медно-колчеданный (колчеданная группа), медистых песчаников и сланцев (стратиформная генетическая группа). Роль и значение указанных типов месторождений меди в сырьевой базе разных стран неодинаковы. Медистые песчаники и сланцы играют весьма заметную роль в общем балансе запасов меди как у нас в стране (19,6 % от общих запасов меди всех генетических типов), так и за рубежом (21,5 %).
Под термином «медистые песчаники и сланцы» понимают специфические геологические образования, характерными особенностями которых являются:
— выдержанная пластообразная, линзовидная форма рудных тел и согласное залегание их с вмещающими породами, причем промышленные руды постепенно сменяются забалансовыми, а затем и слабо минерализованными породами; иногда
встречаются жилообразные, трубообразные и штокверкоподобные тела, четко локализованные в пределах одного или нескольких стратиграфических горизонтов;
— приуроченность оруденения к осадочным, реже осадочно-вулканогенным красноцветным, пестроцветным и сероцветным формациям;
— главные рудообразующие минералы
— халькозин (с дигенитом, джарлеитом, анилитом), борнит, реже халькопирит, к которым в том или ином количестве добавляются другие минералы, общее число которых может достигать многих десятков;
— рудовмещающие породы — песчаники, алевролиты, аргиллиты, реже конгломераты, гравелиты, мергели, известняки, доломиты, кремнистые и некоторые другие;
— стратиграфический, геотектонический, литолого-фациальный и палеогеографический контроль в размещении оруденения;
— ритмично-цикличное и многоярусное расположение оруденения в разрезе вмещающих формаций;
— зональное распределение основных рудообразующих минералов и элементов в разрезе и по латерали, тесно увязанное с литолого-фациальными и палеогеографическими обстановками;
— формирование оруденения в несколько стадий — от седиментогенеза до метаморфизма и гипергенеза;
— пострудный характер складчатых и разрывных нарушений, отсутствие связей с магматизмом и термальных околорудных изменений, синхронное участие рудных тел совместно с вмещающими породами во всех складкообразовательных процессах с образованием всех форм пликативных структур: антиклиналей, синклиналей, флексур, моноклиналей;
— комплексный состав руд за счет участия в их составе очень большого количества (свыше 60) элементов примесей, заметно повышающих практическое значение медных руд и указывающих на поступление их из разных источников (области сноса, вмещающие толщи, флюиды и др.);
— наличие крупных и уникальных по запасам, размерам и составу месторождений, нередко с весьма высокими и равномерными содержаниями и распределением полезных компонентов;
— нередко пологое и неглубокое залегание рудных пластов, их простое строение, позволяющее применять открытые системы разработки.
Широкое развитие в недрах, большие параметры рудных тел, огромные запасы металлов, комплексный состав руд и многие другие особенности месторождений медистых песчаников и сланцев всегда вызывали острую дискуссию по поводу их генезиса.
Для решения этого вопроса необходимо выяснить следующие моменты: а) источник металлов; б) как и в какой форме металлы переносились; в) где происходила локализация их; г) каков механизм формирования руд; д) какова их дальнейшая судьба?
К настоящему времени предложено несколько рудогенетических моделей формирования руд месторождений медистых песчаников и сланцев (см. таблицу), в каждой из которых по своему решаются все перечисленные вопросы (пункты а-д).
Как свидетельствуют имеющиеся данные, основным источником терригенного и рудного вещества являются разрушающиеся толщи областей сноса. Однако на многих
объектах появляются и другие источники, которые по количеству находятся в разных соотношениях с первым. Так, установлено, что в Минусинской, Тувинской зонах, Курпанджинском проявлении, Юнаньском районе и других местах существенную роль играют продукты вулканической деятельности, и все исследователи этих объектов склонны связывать с вулканизмом поступление рудного вещества.
В Полярноуральской, Западноаравийской и других зонах, видимо, оруденение вполне справедливо связывать с деятельностью рифтогенных структур (поступление горячих минерализованных рассолов и растворов). В ряде мест рудное вещество поступало из морской и озерной воды ( юг Сибирской платформы). В Кодаро-Удокан-ской зоне оруденение чинейской подсерии связывается, по крайней мере, с двумя источниками: с областью сноса и вулканогенными эксгаляциями, а руды вышележащего кеменского уровня формировались за счет продуктов разрушения чинейской подсе-рии и окружающих областей сноса и, возможно, вулканогенного материала. Доказанный факт на многих месторождениях
— формирование обогащенных руд за счет рассеянной минерализации вмещающих пород. Есть определенные данные о поступлении металлов из нефтегазовых залежей (Наукат и др.), эвапоритов и др.
На основе приведенных примеров можно предположить, что в природе не существует единого для всех месторождений универсального источника руд. В каждом конкретном объекте можно зафиксировать 2-3, а то и больше источников, которые находятся в различных количественных соотношениях. В этом заключается новый подход к проблеме источников: не единый всеобщий, как это предлагается в каждой своей модели (например, гидротермы или красноцветы и др.), а комбинация нескольких источников в различных соотношениях на конкретных месторождениях. Этот вывод подтверждается результатами изотопного исследования свинца, серы сульфидов и сульфатов.
108
Краткая характеристика моделей рудообразования стратиформных медных месторождений
Признаки рудообра- зования Генетические модели рудообразования
гидротермально-маг- матогенная гидротер- мально-оса- дочная эпигенетическая (гидрогенная) рифтогеннофлюидная (гипотеза «катастроф») элизионно- стратифициро- ванная седиментационно- диагенетическая (осадочная) полигенная
Источники рудного вещества Ювенильные магматические, ассимиляционные магматические, фильтрационные внемагматические растворы 1. Глубинные металлоносные растворы 2. Грунтовые воды 1. Вмещающие и подстилающие красноцветные толщи 2. Г рунтовые воды 3. Рассолы, сопровождающие углеводородные залежи и др. Эндогенные магматические флюиды, поступающие из глубинных мантийных и мантийно-ко-ровых зон 1. Области сноса 2. Вмещающие минерализованные толщи 1. Области сноса 2. Вулканогенный 3. Вмещающие толщи 4. Морские воды Комбинация многих источников: области сноса, вулканогенные, вмещающие толщи, термальные и рифтогенные рассолы и растворы, морские воды, флюиды и др.
Формы миграции рудного вещества Растворы различной природы: истинные, коллоидные комплексные, ионные Хлоридно- калиево- кальциево- натриевые рассолы и растворы Кислые хлоридно-натриевые растворы, термальные металлоносные рассолы, катионы на сорбентах, окислы; механизм миграции: инфильтрационный и диффузионный Сульфидная взвесь(?) Сульфидная жидкость (?) Взвешенные частицы, растворы, элизионные седиментацион-ные воды Взвешенные частицы, растворы различного состава; вулканические излияния Комбинация взвешенных частиц, растворов или эксгаляций, рассолов и др.
Места локализации РУД Трещины, разломы, ослабленные зоны, складки, флексуры и др. Аллювиальная равнина 1. Дно седиментаци-онных бассейнов 2. Восстановительные барьеры Рифтогенные структуры, сформированные в эпохи геологических катастроф, где развиваются зоны разломов, раздвига, сжатия, дробления, кливажа, прогибы, синеклизы и др. Седиментацион-ные ловушки и бассейны во вмещающих толщах Литолого-фаци-альный пояс на стыке суша-море: лагунно-дельто-вые, озерные, континентальные, прибрежно-морс-кие и др. Седиментационные ловушки и бассейны, вмещающие толщи и ДР-
Механизм формирования руд Гидротермальный Кластогенно- эпигенети- ческий Эпигенетический Деформационные процессы, сопряженные с динамическими эффектами От седиментаци-онно-диагенети-ческого до метаморфогенного Седиментационно-диагенетический с последующим преобразованием Комбинация очень многих механизмов: седиментогенно-диа-генетических, катаге-нетических, микробиологических и т.д. с преобладанием 2-3-х на конкретных объектах
Вестник ЧитГУ № 7 (64) 2010
109
Этапы (стадии) формирования руд 1. Метасоматическая 2. Жильная 1. Поступление гидротерм 2. Механическое переотложе-ние реками 3. Переот-ложение грунтовыми водами 4. Диагене-тически-ката-генетическое преобразование 5. Поздний катагенез и метаморфизм 1. Седиментагенно-диагенетический 2. Катагенез 3. Метаморфизм Стратиформное оруденение - это заключительная часть генетически-единого рудномагматического процесса, при котором формируются медно-никелевые, медно-порфировые, медно-колчеданные месторождения Седиментогенез - диагенез - катагенез - метаморфизм - гипергенез
Типы месторож- дений Гидротермально- метасоматические Гидротер- мально- осадочные Эпигенетические (гидрогенные) Стратиформные типы медистых песчаников и сланцев 1. Седимента-ционно- диагенетичес- кие 2. Элизионно-стратифициро- ванные 1. Седименто- генные 2. Седимента-ционно-диаге- нетические с последующими преобразованиями 1. Седиментацион-ные 2. Полигенные
Авторы К.И. Сатпаев, Т.А. и М.К. Сатпаевы, Ш. Есенов, С. Сейфуллин, Ф.И. Вольфсон, П.Т. Таева и др. А. В. Сочава А.И. Германов, А.И. Перельман, A. М. Лурье, Е.Н. Борисенко, Е.А. Басков, И.Ф. Габлина, Е.В. Поплавко, B.В. Иванов, A.И. Кривцов, B.Н. Холодов, В.И. Попов, A.В. Щербаков, B.И. Виноградов, Ч. Давидсон и др. B.C. Салихов Ю.В. Богданов, Э.И. Кутырев, В.П. Феоктистов и др. В.М. Попов, B.C. Домарев, Н.М. Страхов, ДГ. Сапожников, Л.Ф. Наркелюн, У.А. Асаналиев, И.П. Дружинин, Р.Н. Володин, A.Е. Мирошников, Э.Константинович, Ф. Мендельсон, B. Гарлики др. Разработана автором на основе обобщения полученных материалов и синтеза идей В.И. Смирнова, У. Асаналиева, ДИ. Горжевского, Г.Ф. Яковлева, В.В. Попова, Г.Н. Щербы, В.А. Алексеенко и др.
гг
о
"<
Л
X
о
Со
а>
5
ь
а>
Данные изотопного анализа свинца указывают на присутствие его двух типов:
а) глубинного, соответствующего возрасту вмещающих толщ;
б) экзогенного — более древнего по сравнению с вмещающими рудами, свидетельствующего о привносе его с разрушающихся континентов.
По изотопам серы выясняется ее биогенное, метеоритное и экзогенно-эпигенетическое происхождение (В. И. Смирнов, У. Асаналиев, Ю.В. Богданов, Ф.В. Чухров, В. И. Виноградов и др.).
Нет и единых всеобщих форм миграции и переноса рудных компонентов. Здесь, по данным многих исследователей, устанавливаются взвешенные частицы и растворы разной природы и состава, рассолы, эксгаляции и др. И поскольку в каждом объекте выявляются свои конкретные источники металлов, то и сочетание форм миграции также будет разнообразным.
Поступившие любым способом и из разных источников металлы скапливаются в различных местах:
а) в седиментационных ловушках и бассейнах седиментации с охватом широкого диапазона фациальных обстановок от моря до континентальной суши;
б) во вмещающих толщах на различных восстановительных барьерах;
в) в ослабленных тектонических зонах и др., т.к. процесс накопления и формирования оруденения продолжается весьма длительное время, поэтому формы и места локализации руд могли создавать определенные комбинации и сочетания не только в пределах меденосных зон, но даже отдельных месторождений и проявлений.
Наглядным примером сказанному служат факты концентрации руд в Ко-даро-Удоканской зоне в дельтовых, за-
ливно - лагунных, прибрежно - морских фациях (седиментационные ловушки) , в обогащенных прослоях внутри вмещающих толщ при последующих процессах перераспределения и, наконец, в тектонически ослабленных зонах (смешанные и окисленные руды). Подобные же примеры сочетания различных по форме и своей природе мест локализации руд можно найти на всех других объектах в любой меденосной зоне земного шара.
Еще более разнообразен механизм формирования руд: кластогенный,
седиментационно-диагенетический, эпигенетически -катагенетический, ме -таморфогенный, сорбционный, диффузионный, инфильтрационный, рас-сольно-эвапоритовый и др., которые постоянно комбинируются, сочетаются, взаимопереплетаются в течение длительного эволюционного развития руд на каждом месторождении, в каж-
*-* «-» п
дой меденосной зоне и провинции. В конкретном месте преобладает 1-2-3 процесса, но всегда можно встретить то или иное влияние других механизмов. Следует отметить обязательное и повсеместное участие седиментацион-нго и седиментационно-диагенетичес-кого процесса, все другие могут встречаться или нет.
Многообразное сочетание источников металлов, форм переноса, мест локализации, механизмов формирования приводит, в конечном счете, к формированию главным образом полигенных генетических типов месторождений с многочисленными подтипами (см. рисунок). Учитывая, что оруденение формируется миллионы лет в течение нескольких характерных и длительно протекающих этапов от седиментогенеза до метаморфизма, то естественно их относить также и к полихромным образованиям (по В.И. Смирнову, Г.Н. Щербе и др.).
Предложенная генетическая модель отличается от ранее сформулированных тем, что здесь не абсолютируются ни источники металлов, ни другие геологические процессы, приводящие к рудообразованию. Весь накопленный к настоящему времени фак-
тический материал и современное состояние геологической теории подводят именно к тому, что только комплексное и благоприятное сочетание всех геологических факторов способствует накоплению сложных по составу, строению и происхождению руд
медистых песчаников и сланцев. Эта схема касающимся выяснения источников метал-рудообразования нацеливает исследовате- лов, транспортировки, механизма форми-лей творчески подходить ко всем вопросам, рования и др.
Литература
1. Асаналиев У.А. Современное состояние и проблемы изучения стратиформных месторождений // Изв. вузов. Геология и разведка. — 1991. — № 11. — С. 149-152.
2. Басков В.И. Палеогидрогеологический анализ при металлогенических исследованиях. — Л.: Недра, 1976. — 200 с.
3. Богданов Ю.В., Феоктистов В.П. Генетическая модель месторождений медистых песчаников Удоканского типа // Докл. АН СССР. — 1982. — Т. 263. — № 4. — С. 949-952.
4. Володин Р.Н., Охота Г.Д. Геолого-поисковые модели месторождений медистых песчаников и сланцев // Геол.-поисковые модели мест. цв. метал. — М.: ЦНИГРИ, 1988. — С. 59-71.
5. Вольфсон Ф.И., Архангельская В.В. Об условиях образования месторождений медистых песчаников // Литол. и полезн. ископ. — 1972. — № 3. — С. 11-25.
6. Габлина И.Ф. Метаморфизм и гипергенез медистых песчаников и сланцев: автореф. докт. дис. - М.: ИЛСАН РАН, 1994. - 45 с.
7. Гринталь Э.Ф. Некоторые закономерности распределения оруденения на Удоканском месторождении применительно к осадочно-гидротермальной трактовке его генезиса // Литол. и полезн. ископ. — 1968. — № 3. — С. 42-50.
8. Домарев В.С. О генезисе месторождений типа медистых песчаников // Матер. ВСЕГЕИ. Полезн. ископ. — Л., 1984. — № 4. — С. 3-20.
9. Константинович Э. Генезис пермских месторождений меди в Польше // Сов. геология, 1972. — № 8. — С. 101-117.
10. Лурье А.М. Генезис медистых песчаников и сланцев /А.М. Лурье. — М.: Наука, 1988. — 183 с.
11. Наркелюн Л.Ф., Салихов В.С., Трубачев А.И. Медистые песчаники и сланцы мира. — М.: Недра, 1983 — 414 с.
12. Наркелюн Л.Ф., Трубачев А.И. Современные представления о процессах формирования стратиформных месторождений меди // Новые идеи в науках о Земле. — М.: Наука, 1997. — Т. 2. — С. 97-98.
13. Нуралин Н.Н. Стратиформные месторождения меди фанерозоя Казахстана (типа медистых песчаников): автореф. докт. дис. — Алма-Ата: ИГН им. К.И. Сатпаева, 1986. — 45 с.
14. Перельман А.И., Борисенко Е.Н. Очерки геохимии меди в зоне гипергенеза // Вопросы геохимии. — М.: Наука, 1962 — С. 30-99.
15. Петровский П.П. Влияние геолого-структурных, палеогидрогеологических и минера-лого-геохимических факторов на образование руд Удоканского месторождения: автореф. канд. дисс. — Чита: ЧитГУ, 2003. — 25 с.
16. Поплавко Е.М., Иванов В.В., Серкис Ю.Г. О геохимических особенностях и условиях образования медистых песчаников и сланцев // Геохимия, 1977. — № 8. — С. 1217-1233.
17. Попов В.М. Пластовые месторождения цветных металлов и вопросы их генезиса // Про-бл. генезиса руд. — М.: Наука, 1964. — С. 350-368.
18. Птицын А.Б., Юргенсон Г.А. и др. Удокан: геология, рудогенез, условия освоения. — Новосибирск: Наука, 2003. — 160 с.
19. Салихов В.С. Условия образования и структурно-вещественные особенности стратифор-много медного оруденения. — Чита: ЧитГУ, 2008. — 377 с.
20. Сатпаева М.К. Руды Джезказгана и условия их формирования. — Алма-Ата: Наука, 1985. — 208 с.
21. Скрипченко Н.С. Зональность и концентрация оруденения в медистых песчаниках и сланцах // Геол. рудн. мест-й, 1986. — № 5. — С. 3-15.
22. Смирнов В.И. Фактор времени образования стратиформных рудных месторождений // Геол. руд. м-ний, 1970. — № 6. — С. 3-10.
23. Сочава А.В. Красноцветные формации докембрия и фанерозоя. — Л.: Наука, 1979. — 207 с.
24. Страхов Н.М. Основы теории литогенеза. — М.: АН СССР, 1962. — Т. 2. — 575 с.
25. Трубачев А.И. К проблеме генезиса стратиформных месторождений меди // Новый век
— новые открытия: матер. конф. к 40-летию ЗабНИИ. — Чита, 2001. — С. 151-153.
26. Феоктистов В.П. Металлогения осадочных бассейнов (вещественно-геодинамический анализ): дис. на соиск. ученой степени д-ра геол.-минер. наук в форме научного доклада. — СПб.: ВСЕГЕИ, 1998. — 75 с.
27. Холодов В.Н., Головин Е.А., Каледа Г.А. К дискуссии о так называемых стратиформных месторождениях //Литол. и полезн. ископ., 1971. — № 4. — С. 3-15.
Коротко об авторе
Briefly about the author
Трубачев А.И., д-р геол.-минер. наук, профессор, Читинский государственный университет (ЧитГУ) root@chitgu.ru
A. Trubachev, Doctor of Engineering scince (Geology and Mineralogy), professor, Chita State University
Научные интересы: стратиформные и другие гео-лого-промышленные типы медных месторождений
Areas of expertise: stratiform and other gtological-commercial types copper deposits
