Вопрос 5. Физико-химические условия рудообразования, источники воды и минерального вещества гидротермальных систем, формы переноса минеральных соединений гидротермальными растворами.
Растворы, в которых переносятся минеральные вещества и из которых образуются полезные ископаемые, являются большей частью водными. По физическому состоянию они могут относиться к взвесям, коллоидам и молярным растворам. Для их проникновения сквозь массу горных пород необходимо, чтобы эти породы обладали проницаемостью, пористостью, пустотами. Полезные минералы выпадают из горячих минерализованных растворов при различных физико-химических условиях, которые определяются, прежде всего, температурой и давлением.
Температура образования гидротермальных месторождений . Завершение раскристаллизации магмы на глубине происходит при температурах 1000800С. Начальная температура гранитного пегматитового расплава оценивается в 800-700С. Непосредственное измерение газовых струй современных вулканов показывает, что хотя в отдельных редких случаях она достигает 1020С, обычно же лежит ниже 700С. Определения температур кристаллизации гидротермальных минералов по газо-жидким включениям показывают значения от 560-540С до 50-25С. Наиболее характерны температуры гидротермального процесса в интервале 400-100С.
Давление при образовании гидротермальных месторождений в некоторой степени соответствует их глубине формирования. Так, согласно И.Кушнареву, все эндогенные месторождения Кураминских гор (включая гидротермальные) образовались в пределах глубин 500-4500 м . Это соответствует гидростатическому давлению 5-45 МПа и литостатическому давлению 13-115 МПа. Фактически оно может быть и больше и меньше. Меньше при образовании открытых полостей при тектонических деформациях, а больше в связи с превращением воды в пар, который сжатый в порах может повышать давление, таких причин может быть множество. Все существующие в настоящее время попытки измерить давление на основании различных экспериментов позволяют лишь выявить широкий диапазон. Гидротермальное рудообразование может начинаться при высоких давлениях – от первых десятков до 400-500 МПа, но наиболее продуктивной рудообразующей стадии обычно соответствует давление 150-200 МПа.
Источники воды гидротермальных систем также могут быть различны. К ним относят следующие источники: магматическая вода, вода метаморфического происхождения, захороненная вода древних осадков, атмосферная, или вадозная вода глубокой циркуляции, вода морей и океанов, вовлекаемая в гидротермальные системы.
Магматическая вода (или ювенильная) отделяется от магматических расплавов в процессе их остывания и преобразования в изверженную породу. По данным разных авторов кислые магмы содержат не менее 2% и до 10% воды, основные – не менее 1 % и до 5-6%. Если принять за среднее содержание воды в магматическом расплаве 8 %, а удерживающуюся воду при кристаллизации глубинных пород в количестве 1 %, то 7 % воды, высвобождающейся при кристаллизации расплава составят около 0,2 км3 от каждого кубического километра расплава.
Метаморфическая вода формируется в результате прогрессивного метаморфизма горных пород под действием возрастающих температур и давлений. В свежих слабометаморфизованных породах может находиться около 30% (от массы пород) воды различных форм: поровой, пленочной, капиллярной, интерминеральной, конституционной. При различных ступенях метаморфизма происходит высвобождение различных форм этой воды. Согласно Г.Войткевичу и Г.Лебедько, свежий осадок может содержать до 60 % воды, в зоне диагенеза и катагенеза сохраняется 30-20 %, в породах зеленосланцевой фации около 4 %, в породах амфиболовой фации 2-1 %, а гранулитовой – около 0,5%. Если принять плотность глинистых пород 2,5 г/см3 и потерю воды 9%, то при метаморфизме 1 км3 осадков высвободится около 200 млн. т воды. Эта вода может быть реализована при образовании гидротермальных месторождений.
Захороненная вода находится в пористом пространстве древних осадков, погруженных вместе с осадками на глубину и слагающих различные формации осадочных пород. Первоначально количество такой воды может достигать первых десятков процентов от массы породы. Под воздействием тектонических, магматических процессов(стресс, внедрение магматических масс) захороненная вода может высвобождаться , нагреваться, приходить в движение, участвовать в формировании гидротермальных систем.
Атмосферная вода при соответствующих гидрогеологических условиях может проникать в глубинные части земной коры, нагреваться, минерализоваться и приобретать свойства гидротермальных растворов.
Морская вода также может быть вовлечена в гидротермальный процесс в тех случаях, когда в придонные части моря или океана внедряются магматические массы, создающие местные очаги разогрева. Происходит засасывание морских вод на глубину и вовлечение их в систему гидротермальной циркуляции.
Источники минерального вещества при формировании гидротермальных систем можно разделить на три главных группы:
1) ювенильный магматический или базальтоидный подкоровый, 2) ассимиляционный магматический, или гранитоидный коровый, 3) фильтрационный внемагматический.
Формы переноса минеральных соединений в гидротермальных растворах :
1) в истинных растворах,
2) в коллоидных растворах,
3) в легкорастворимых соединениях ионных растворов,
4) в легкорастворимых соединениях комплексных растворов.
Вопрос 6. Длительность образования гидротермальных месторождений. Продолжительность поступления растворов в зону рудоотложения и выпадения из них руд находится в прямой связи с продолжительностью существования источника этих растворов, в частности, продолжительности существования остаточного магматического расплава, обогащенного соединениями металлов, т.е. длительностью периода его застывания и отделения от него флюидов. Длительность процесса отделения растворов, продолжительность их подъема и выпадение из них рудных и сопровождающих их минералов будут тем длительнее, чем глубже от поверхности земли находится остаточный расплав и чем больше его объем. Процесс этот будет также более продолжительным, если расплав окажется более нагретым, а перекрывающие его породы менее проницаемы для газов и растворов и менее теплопроводны. Так, по данным Г.Смита, что месторождение золота Мак-Интайр (Канада) сформировалось неглубоко от поверхности Земли в течение 750 лет. Д.Уайт и С.Робенсон считают, что руды одного из крупных малоглубинных ртутных месторождений в Калиформии – Сульфур-Бенк, формировались 10 тыс. лет. На примере п-ова Челенкен можно подсчитать, что для образования небольшого месторождения свинцовых руд достаточно всего несколько сот лет, если скорость накопления руд останется прежней.
Д.В.Рунквист (1965) рассчитал, что руды одного месторождения возникают за десятки и сотни тысяч лет, а отложение минералов из одной отдельной порции раствора (продолжительность одной стадии рудообразования) длится от одной тысячи до десятка тысяч лет.
Вопрос 7 . Классификации гидротермальных месторождений. Существует множество классификаций гидротермальных месторождений: по геологическим условиям образования (в частности по глубине, связи с изверженными породами), по минеральному составу руд и составу околорудных изменений вмещающих пород, по физико-химическим условиям их формирования и др.
Температурная классификация гидротермальных месторождений - одна из значимых, разработана В.Лингреном и была усовершенствована многими исследователями, особенно в связи с развитием во второй половине 20 века термобарогеохимического метода, позволяющего определять температуры кристаллизации прозрачных минералов. Всю группу гидротермальных месторождений можно разделить на три класса:
1) высокотемпературные (300-500С),
2) среднетемпературные (200-300С), 3)низкотемпературные (50-200С).
К высокотемпературному классу относятся гидротермальные месторождения молибдена, вольфрама, олова. Они тяготеют к апикальным частям гранитных массивов, часто сопряжены околорудными ореолами грейзенизации.
Среднетемпературные гидротермальные месторождения характерны для многих полезных ископаемых: меди, свинца и цинка, висмута, золота, кобальта и др. В большинстве случаев эти месторождения не тяготеют к выходам гранитных батолитов. Их пространственное положение определяется крупными разрывными нарушениями, местами их пересечений или изгибов, ответвлениями боковых разрывных нарушений, связью со штоками и дайками малых интрузий кислого и среднего состава. Ряд месторождений пространственно связан с вулканическими постройками, и рудные тела залегают в различных эффузивных породах и туфах.
Генетическая классификация гидротермальных месторождений (по В.И.Смирнову) включает плутоногенно-гидротермальные, вулканогенногидротермальные и амагматогенные месторождения, разновидностью которых являются стратиформные месторождения.
Вопрос 8. Генетические типы гидротермальных месторождений. Плутоногенные и вулканогенные гидротермальные месторождения формируются в интервале температур от 400 до 50С . Амагматогенные относятся к низкотемпературным образованиям, пространственно не связанным с магматическими проявлениями.
Плутоногенно-гидротермальные месторождения пространственно и генетически связаны с интрузиями кислых, умеренно кислых и умеренно щелочных изверженных горных пород. Оруденение распространено по вертикали на 1-2 км и отличается хорошей выдержанностью. Рудные тела формируются путем выполнения пустот или метасоматически и характеризуются большим разнообразием форм, зависящих от состава вмещающих пород и тектонической структуры. Типичны месторождения с большим количеством маломощных рудных тел. Рудообразование сопровождается интенсивным изменением вмещающих пород (серицитизацией, хлоритизацией, окварцеванием, доломитизацией, лиственитизацией, серпентинизацией, флюоритизацией, пиритизацией, гематитизацией). Текстуры руд - вкрапленные, прожилковые массивные, структуры – зернистые, порфировидные, эмульсионные, пластинчатые, сетчатые.
Примерами являются:
• золото-кварцевые, золото-сульфидно-кварцевые месторождения, обычно связанные с массивами гранитоидов, сопровождающихся сериями даек (Бендиго в Австралии, Березовское на Урале);
• вольфрамит-молибденит-кварцевые месторождения, представленные крутопадающими жилами, трубообразными телами, штокверками, которые локализуются в куполах гранитоидов и зонах их контактов (Джида, Шахтама в Забайкалье, Вехнее Кайракты в Казахстане);
• касситерит-кварцевые месторождения, залегающие среди песчаников и сланцев в экзоконтактах гранитных интрузивов; вкрапленные, прожилковые и массивные руды образуют жиды заполнения, штокверки (Онон в Забайкалье, Иультин на Чукотке);
• молибденит-халькопиритовые (медно-порфировые) месторождения, формирующие штокверки и прожилково-вкрапленные зоны рассеянного оруденения близ выступов магматических гранитоидных пород порфирового строения (Коунрад в Казахстане, Каджаран в Армении, Кляймакс в США, Чукикамата в Чили);
• касситерит-силикатно-сульфидные месторождения, ассоциирующие с дайками среднего состава и приуроченные к разломам и зонам трещиноватости в них; вмещающими породами являются песчаники, глинистые сланцы, эффузивы; формы рудных тел – жилы,; текстуры руд – вкрапленные, прожилковые массивные (Депутатское в Якутии);
• галенит-сфалеритовые (полиметаллические) жильные месторождения (Садон, Згид на Кавказе);
• хризотил-асбестовые связаны с серпентизированными ультраосновными породами; текстуры – прожилковые, поперечно- и продольно-волокнистые (Баженовское, Алапаевское на Урале).
Вулканогенно-гидротермальные месторождения связаны преимущественно с наземным андезит-дацитовым вулканизмом в складчатых областях, а также трапповым магматизмом активизированных платформ. Наиболее характерны месторождения, приуроченные к жерлам вулканов и их периферии. Месторождениям свойственны конические, кольцевые, трубчатые, внутри жерловые и радиально-трещинные структуры, а также зоны напластования эффузивных пород. Рудные тела – жилы, трубы и штокверки, которые быстро выклиниваются на глубине 300-500м. Характерен сложный минеральный состав, неравномерное распределение рудных компонентов (столбы, бонанцы). Текстуры – метаколлоидные. Обычны гидротермальные изменения: окварцевание, пропилитизация, алунитизация, каолинизация. Примеры месторождений:
• магнетитовые месторождения, связанные с траппами и приуроченные к штокам габброидов и вулканическим трубкам взрыва; они залегают среди карбонатных и песчано-сланцевых пород, скарнированных траппов,образуют жилы, штоки, штокверковые зоны (Коршуновское, Нерюндинское в Восточной Сибири);
• золото-серебряные месторождения, ассоциирующие с субвулканическими интрузивами кварцевых порфиров, размещающиеся среди андезит-дацитовых пород и представляющих собой пучки жил, прорезающих вулканические жерла (Балей в Забайкалье, Агинское на Камчатке, Крипл-Крик, Комсток в США);
• Киноварные (ртутные) месторождения, пространственно и генетически связанные с четвертичным вулканизмом кислого и среднего состава; их размещение контролируется сопряжением разломов, экструзивов, зон брекчирования; руды вкрапленные, выполняют трещины в зонах дробления (Пламенное на Чукотке, Боркут в Закарпатье);
• Месторождения самородной серы, обычно приуроченные к склонам, подножьям, кальдерам стратовулканов или межвулканическим впадинам; рудоносными являются вулканические породы, првращенные под действием сернокислых растворов во вторичные кварциты, содержащие вкрапленность серы (месторождения Камчатки – Новое, Заозерное, а также Японии, Чили, Перу, Филлипин).
Амагматогенные гидротермальные месторождения располагаются в осадочных толщах, где отсутствуют массивы изверженных пород, которые могли бы служить источником гидротермальных минерализованных растворов. Генезис таких месторождений всегда проблематичен. Некоторые геологи рассматривают эти месторождения как первично-осадочные сингенетические, претерпевшие некоторые изменения на последующих стадиях. Существует также представление и об их связи с залегающими на глубине и не вскрытыми эрозией массивами изверженных горных пород. Таким образом, источником растворов таких месторождений могут быть удаленные магматические очаги, с которыми потеряна связь, а также собственные флюиды осадочно-породных бассейнов, мобилизирующиеся из осадочных толщ при катагенезе, метаморфизме. Источник рудного вещества также чаще ассимилированный из вмещающих толщ, но может быть и глубинным (например, для ртути, сурьмы). Наиболее часто рассматривается полигенное происхождение таких месторождений в течение длительного периода.
Среди аматогенных гидротермальных месторождений особо выделяется группа стратиформных месторождений, имеющих гидротермально-осадочное происхождение (они будут рассматриваться в лекции 17): месторождения медистых песчаников (Джезказган в Казахстане), стратиформные полиметаллические в карбонатных формациях (Миргалимсай в Казахстане, Миссисипи – Миссури в США).
Примером амагматогенных гидротермальных месторождений являются киноварь-антимонитовые (сурьмяно-ртутные) месторождения. Они залегают среди терригенных и карбонатных комплексов, осложненных куполовидными, сундучными складками, рудоподводящими разрывными нарушениями. Для них не выявлена связь с магматизмом, но имеются все характерные признаки низкотемпературных гидротермальных жильных образований. Такие месторождения распространены в Средней Азии (Хайдаркан, Кадамджай), на Украине (Никитовское в Донбассе), в Испании (Альмаден).
Литература: [1] , с. 131-182; [2], с. 119-153
Проектные задания
1. Собрать литературные сведения о природе гидротермальных растворов .
Вопросы для самоконтроля знаний: 1.Из каких источников могут формироваться гидротермы?
2. Что является источником минерального вещества гидротермальных систем?
3. На каких глубинах образуются гидротермальные месторождения?
4. Какие температуры и давления характерны для гидротермального процесса?
5. В какой форме переносится вещество в гидротермальных месторождениях?
6. Как происходит отложение вещества из гидротермальных растворов? Литература: [1] , с. 152 - 172; [7], с.125 – 159
2. Проанализировать типы зональности гидротермальных месторождений. Вопросы для самоконтроля знаний:
1. Чем обусловлена стадиальная зональность гидротермальных месторождений
2. Что является причиной фациальной зональности?
3. Как формируется зональность повторных тектонических разрывов?
4. Что такое зональность тектонического раскрывания?
5. Как развивается зональность внутрирудного метасоматоза?
6. Привести пример зональности состава пород;
7. Как проявляется фильтрационная зональность?
8. Что такое зональность отложения?
Литература: [1] , с.140 – 144, [2], с. 75 – 79
3. Изучить генезис плутоногенно- и вулканогенно-гидротермальных месторождений Вопросы для самоконтроля знаний:
1. Как образуются плутоногенно-гидротермальные месторождения, и с какими магматическими комплексами пород они связаны?
2. В чем заключается изменение боковых пород при образовании месторождений плутоногенно-гидротермального класса?
3. Какие температуры характерны для плутоногенно-гидротермальных месторождений?
4. Привести примеры гидротермальных месторождений, пространственно и генетически связанных с гранитоидными интрузиями;
5. Какие специфические особенности характерны для вулканогенно-гидротермальных месторождений (глубина образования, связь с магматическими формациями, температуры образования)?
6. Какие полезные ископаемые образуются из вулканогенно-гидротермальных растворов?
Литература: [1] , с.174-179, [7]. С.457 – 469
4. Изучить особенности формирования амагматогенныхгидротермальных и стратиформных месторождений
Вопросы для самоконтроля знаний:
1. Какие месторождения относят к амагматогенным?
2. Назвать основные гипотезы образования амагматогенных гидротермальных месторождений;
3. Какие факты свидетельствуют о первично-осадочной природе амагматогенных месторождений?
4. Какие факты свидетельствуют о гидротермальных процессах, связанных с удаленными магматическими очагами, при формировании амагматогенных месторождений?
5. Какова роль атмосферных вод глубокой циркуляции при формировании амагматогенных месторождений?
6. В чем заключается гипотеза полихронного и полигенного происхождения амагматогенных гидротермальных месторождений
7. Какие температуры характерны для образования амагматогенных гидротермальных месторождений?
8. Какие признаки месторождений, позволяют относить их к стратиформным?
9. Привести пример аматогенно-гидротермальных и стратиформных месторождений.
Литература: [1] , с.179-182, [21]
Лекция 12 (2 часа). Колчеданные месторождения
Общая характеристика, минеральный состав руд, геотектонические обстановки колчеданообразования. Обобщенная модель рудообразования. Типы колчеданных месторождений: кипрский, уральский, алтайский.
Вопрос 1. Общая характеристика. К колчеданным относятся месторождения, в рудах которых преобладают сульфиды железа – пирит (около 90% руд), пирротин, в меньших количествах присутствуют марказит, халькопирит, борнит, сфалерит, галенит, блеклые руды. Нерудные минералы, количество которых невелико, представлены баритом, кварцем, карбонатами и хлоритом. Характерной особенностью является приуроченность месторождений к поясам вулканогенно-осадочных пород. Типичные формы рудных тел – линзы, жило- и пластообразные залежи и штоки, вкрапленные и прожилковые зоны. По текстурным особенностям различают массивные, слоистые и прожилкововкрапленные руды. Колчеданные залежи сопровождаются ореолами измененных вмещающих вулканогенных пород, превращенных в пиритизированные кварц-серицитовые, кварц-серицит-хлоритовые и другие метасоматиты.
Колчеданные месторождения образуются в океанических трогах с субмаринным базальтоидным вулканизмом, островодужных обстановках с дифференцированным риолит-базальтовым и риолит-андезит-базальтовым вулканизмом. Характерна их связь с малыми субвулканическими интрузиями основного и кислого состава. Месторождения контролируются локальными вулканическими структурами, которые являются элементами более крупных вулканических построек.Протяженность рудных залежей – до первых километров при мощности десятки метров, иногда до 100 м. Глубина распространения – многие сотни метров (до 2 км).
Вопрос 2. Генетические особенности колчеданных месторождений – обобщенная модель рудообразования. Колчеданные месторождения относятся к полигенным образованиям, которые формировались длительно – в два-три этапа, расчленяющихся на стадии минералообразования. Генезис этих месторождений – комплексный: вулканогенно-гидротермальный и вулканогенноосадочный. Обобщенная модель колчеданообразования может быть рассмотрена на примере Гайского медно-колчеданного месторождения, приуроченного к стратовулкану, который сложен лавами, лавобрекчиями и вулканическими туфами базальтового и риолит-дацитового состава. Жерло вулкана выполнено несколькими поколениями некков, экструзивов и субвулканических тел кислого состава. Над жерловиной находится кратерно-кальдарная депрессия с базальтовыми лавами, туфами. В верхней части месторождения находится «Стержневая линза», представленная богатыми цинко-медно-колчеданными рудами и выполняющая вулканическую кальдеру. Ниже еѐ распространены прожилкововкрапленные халькопирит-пиритовые бедные руды.
Образование руд связано с деятельностью вулканогенных растворов, которые поднимались по ослабленным зонам вулканической постройки – жерлу вулкана, синвулканическим трещинам. По пути следования этих рудоносных растворов откладывались прожилковые и вкрапленные руды в виде крутопадающих зон. Если растворы просачивались в горизонты пород, хорошо проницаемых и легко поддающихся метасоматическим замещениям (например, туфы кислого состава), образовывались метасоматические пластообразные колчеданные залежи. Их генезис вулканогенно-гидротермальный – вулканогеннометасоматический. Если горячие рудоносные растворы прорывались на дно океана, при их встрече с холодной морской водой происходило массовое осаждение минералов в виде вулканогенно-осадочных залежей пластовой, линзовидной формы. Это самые богатые массивные руды месторождения.
Вулканогенно-осадочные руды при высоте столба воды 200 м и температуре эксгаляций 215С отлагались при температуре не более 200С. Согласно В.Смирнову, вулканогенно-метасоматическое рудообразование в подстилающих породах для различных колчеданных месторождений характеризуется более высокими температурам и большим
29-04-2015, 01:06