07.02.2018

Скарновые месторождения меди


Большинство скарновых месторождений, разрабатываемых на медь, ассоциируются со штоками известково-щелочных гранодиоритов и кварцевых монцонитов, внедрившимися в орогенических поясах окраин континентов. Эти месторождения, образование которых происходило в отрезок времени от мезозоя до третичного периода, широко распространены в Перу, Мексике, США, Японии и России. Известно небольшое число скарновых месторождений меди на океанических островных дугах, где они ассоциируются с кварц-диоритовыми и гранодиоритовыми плутонами; к ним относятся, например, рудник Росита (Гондурас) и рудник Меме (Гаити). В табл. 8 приведен список наиболее полно описанных скарновых месторождений меди.
Как группа медьсодержащие скарны характеризуются ассоциацией с кислыми гипабиссальными штоками пород с порфировой текстурой, близостью к контактам этих штоков, высоким отношением гранат/пироксен, сравнительно окисленными ассоциациями (гранат андрадитового ряда, пироксен диопсидового состава, магнетит + гематит) и умеренными до высоких содержаниями сульфидов. К этой группе относится ряд крупнейших в мире скарновых месторождений, таких, как связанные с медно-порфировым оруденением скарны юго-западной части Северной Америки, которые обычно содержат 50—600 млн. т медной руды (0,5—5 млн. т. Cu) в виде скарнов и известково-силикатных роговиков (табл. 9, 10). Эти месторождения, ассоциирующиеся с минерализованными штоками, служат лучшим примером связи между магматическими процессами и скарнообразованием. Из-за этой связи, а также из-за экономической важности этих месторождений они будут особо разобраны в следующем разделе.
Зоны медьсодержащих скарнов, связанных с пустыми штоками (табл. 11), обычно имеют меньший размер, их запасы колеблются от 1 млн. т до 50 млн. т руды (25—120 тыс. т Cu). Некоторые из них, такие, как рудник Такине (Япония) и рудник Росита (Гондурас), обнаруживают много черт, свойственных известковым железным скарнам, перечисленным в табл. 3. Другие месторождения, подобные Консепсьон-дель-Оро (Мексика), Саяк I (России), Ягуки (Япония) и Кобриза (Перу), характеризуются сложным минеральным составом, включающим сульфиды Cu, Fe, Pb, Zn, Bi, Co, Mo и As и жильные минералы — промежуточный грандит и пироксен геденбергитового состава. Несмотря на тот факт, что эти месторождения разрабатываются на медь, по своим геологическим и геохимическим чертам они ближе к полиметаллическим скарновым месторождениям, перечисленным в табл. 15.

Скарны, связанные с медно-порфировым оруденением. Крупные скарновые месторождения меди ассоциируются со всеми медно-порфировыми плутонами, внедрившимися в карбонатные породы. Возраст известных месторождений колеблется от девона (358 млн. лет) (Гаспе, Квебек) до плейстоцена (1,2 млн. лет) (Ок-Теди, Папуа — Новая Гвинея). Однако самое крупное скопление месторождений находится в ларамийской (70—50 млн. лет) меднопорфировой провинции на юго-западе США.
Связанные с медно-порфировым оруденением меденосные скарны ассоциируются с комплексами сильно трещиноватых субвулканических гранодиорит- и кварц-монцонит-порфировых штоков и даек и брекчиевыми трубками. Штоки обнаруживают различную степень калий-кремниевого изменения и серицитизации, связанных с прожилково-вкрапленной минерализацией сульфидов меди и железа. Вертикальная протяженность минерализованных пород равна 1—2 км. Глубина от первичной поверхности, оцененная с помощью стратиграфо-структурных реконструкций и изучения газово-жидких включений, колеблется от 1—2 км для приповерхностных серицитизированных рудных зон до 3—5 км для самых глубоких рудных зон, подвергшихся калий-кремниевому метасоматозу. Эти глубины эквивалентны литостатическому давлению от 220 до 1100 бар и гидростатическому давлению от 100 до 500 бар.

Внедрение медно-порфировых плутонов на небольшую глубину нашло свое отражение в их небольшом размере, высокой степени трещиноватости и наличии тонкозернистых порфировых структур. Характер изменения и минерализации показывает, что гидротермальные флюиды, как магматические, так и метеорные, были относительно окисленными. Связанные с ними меднорудные скарны соответствуют этим условиям, на что указывает присутствие граната, богатого окисью железа, и клинопироксена, бедного закисью железа. Для скарнов характерны большие мощности, что связано с увеличением потока флюидов и выделением CO2 из-за высокой трещиноватости пород, а следовательно, из-за их повышенной проницаемости при низком давлении. Низкие давления и пониженное ХСО2 также позволяют скарнообразованию идти при более низких температурах, чем те, которые устанавливаются на большей глубине. Изучение газово-жидких включений и минеральных равновесий показывает, что раннее скарнообразование в условиях кристаллизации порфировых пород протекает при 500—350°С (см. табл. 20, внизу); эти температуры могут быть слишком низкими для крупномасштабного отложения шеелита (шеелит иногда присутствует непосредственно близ контактов плутона) и слишком высокими для выделения сфалерита (Ньюберри и Эйнауди, в печати).
Эволюционно-временная направленность процессов изменения и минерализации в порфировых штоках от раннего калий-кремниевого метасоматоза к более поздней серицитизации отмечалась рядом исследователей. Калий-кремниевый метасоматоз и Cu-Fe-сульфидная минерализация обычно происходят во время начального охлаждения магматических флюидов от 600 до 400°С, о чем свидетельствуют полевые наблюдения, данные исследований газово-жидких включений, распределение элементов и изотопов между минеральными фазами и изучение соотношений изотопов кислорода и водорода. Корреляция между калий-кремниевым метасоматозом в плутонах и прогрессивным скарнообразованием и между интенсивными гидротермальными изменениями в плутонах и разложением скарнов или замещением известняков кремнеземом и пиритом установлена на месторождениях Санта-Рита, Или и Бингем. Если имеется плутон, подвергшийся калий-кремниевому метасоматозу, то минеральные ассоциации в карбонатных породах могут быть предсказаны только на основании первичного состава этих пород; по известнякам развиваются гранат андрадитового ряда и пироксен диопсидового состава с пиритом, халькопиритом и магнетитом, а по доломитам образуются форстерит-серпентин-магнетит-халькопиритовые скарны. В течение этой же ранней стадии пироксеновые роговики превращаются в актинолитовые и биотитовые роговики и одновременно образуются пирит-халькопирит-магнетитовые прожилки.

В известковых скарнах ранние силикаты представлены гранатом, клино-пироксеном и волластонитом, которые обычно располагаются зонально относительно интрузивных и литологических контактов. Если присутствует волластонит, то он вместе с подчиненными ему гранатом, везувианом и клинопироксеном располагается во внешней зоне вблизи мрамора. Гранат вместе с подчиненным количеством клинопироксена образует самую внутреннюю зону близ порфиров или слоев кремнистых роговиков и обычно распределяется зонально, что подчеркивается его окраской, меняющейся от розовато-коричневой вблизи штока до зеленоватой на удалении, особенно там, где гранат замещает волластонит. В некоторых случаях отношение гранат/клинопироксен уменьшается по мере удаления от штока или центра жилы; замещение клинопироксена гранатом более обычно, чем обратный процесс, что находится в соответствии с основной моделью одновременного роста зон прогрессивных скарнов от центра к периферии.

Гранат имеет андрадитовый состав и содержит немного гроссуляровой и ничтожные количества спессартин-альмандиновой компоненты. Клинопироксен обычно характеризуется диопсидовым составом и содержит от 15 до 35 мол. % геденбергита и всего несколько мольных процентов йохансенита (рис. 2).
Сульфиды и окислы железа образуют рассеянную вкрапленность,, массивные полосы присутствуют в жилах среди скарнов, а также целиком замещают мраморы на границе со скарнами. Большинство исследователей пришли к заключению, что рудные минералы отлагались в течение всего процесса скарнообразования, а также после разложения скарнов. В общем связанные с порфирами известковые скарны содержат до 10% окислов железа и 2—15% сульфидов. Ассоциация пирит — халькопирит — магнетит характерна для зон, богатых гранатом. Отношение пирит/халькопирит обычно варьирует от 1:2 до 5:1; оно может повышаться к внешней зоне гранатовых скарнов, но, как правило, падает до нуля вблизи мраморов, особенно если присутствует волластонит. В волластонитовой зоне наиболее обычными сульфидами являются борнит и халькопирит, в меньшем количестве присутствуют сфалерит и теннантит, часто сопровождаемые андрадитом.

Зональность известковых скарнов от зоны пирита — халькопирита — магнетита в ассоциации с андрадитом вблизи контактов плутона до зоны борнита — халькозина в ассоциации с волластонитом у контактов с мрамором отражает уменьшение общего количества железа в том же направлении. Смена андрадита — халькопирита волластонитом — борнитом происходит, согласно Берту, в результате действия богатых железом окисляющих растворов, под действием которых волластонит превращается в андрадит; осаждение андрадита вызывает уменьшение отношения Fe/Cu во флюиде и может явиться причиной отложения скорее борнита, чем халькопирита.

Магнезиальные скарны играют относительно небольшую роль среди медно-порфировых месторождений. Они являются важным вместилищем руды только на месторождениях Кристмас (Аризона), и Континентал (Нью-Мексико). Форстерит, серпентин и тальк характерны для среды с дефицитом кремнезема; тальк и тремолит находятся в кварцсодержащих средах. Форстерит часто глубоко изменяется, превращаясь в серпентин; более обширное развитие ретроградных ассоциаций в магнезиальных скарнах по сравнению с известковыми отражает нестабильность форстерита и устойчивость андрадита и диопсида в богатых водой флюидах при температурах ниже 400°С (см. рис. 6, внизу). По сравнению с известковыми магнезиальные скарны характеризуются высокими концентрациями магнетита, низким содержанием сульфидов (обычно менее 6%) и пониженным отношением пирит/халькопирит (меньше 1:2).

Изменчивость скарновых месторождений, связанных с порфирами, в основном выражается в изменчивости ретроградных изменений, которые на медно-порфировых месторождениях определяются главным образом серицитизацией («вариации на тему» Густафсона и Ханта). Весь процесс во времени и пространстве, прослеживаемый по направлению к периферии меднопорфировых плутонов, идет по пути понижения температуры и давления, возрастания степени окисленности и сульфидности и, возможно, уменьшения ионных отношений щелочи/водород. Температуры, близкие к 300°С для серицитизации, предполагаются на основании результатов изучения газово-жидких включений, а высокая степень участия метеорной воды подтверждается данными по отношениям изотопов кислорода и водорода. Различные механизмы, благодаря которым процесс следует по пути выщелачивания основных катионов, были предложены Мейером и Хемли, Розом и Бримхоллом.

Наиболее широко развитые ретроградные силикатные минералы в известковых скарнах, связанных с порфирами, представлены тремолитом — актинолитом, развившимися по диопсиду — салиту, смектитовыми глинистыми минералами (ферросапонитом или нонтронитом), заместившими диопсид — салит, и менее обычно гранатом. В большом количестве присутствуют также карбонаты (кальцит, сидерит), кремнезем (кварц или халцедон, опал) и окислы железа и (или) сульфиды. В значительно меньших количествах, но довольно постоянно развиты тальк, эпидот и хлорит. Основное направление ретроградных изменений заключается в образовании водных силикатов, на которые расходуется тем больше кальция, чем интенсивнее развивается процесс изменения.

Наряду с ретроградными изменениями, рассмотренными выше, обычно в некоторых районах развития медно-порфировых месторождений, происходят изменения, сопровождаемые отложением сульфидов в карбонатных породах. Эти изменения выражены различными формами окремнения, сопровождаемыми отложением больших количеств пирита и окислов железа. В Бисби и Или кремнезем в виде халцедона, яшмы или массивного афанитового кварца присутствует в количествах от 10 до 30%, при этом пирит, содержание которого лежит в пределах 25—50%, является доминирующим минералом. Кальцит местами может присутствовать в больших количествах, а нонтронит, монтмориллонит, хлорит, тальк и сидерит обычно образуют второстепенные фазы в большинстве кремнисто-пиритовых тел районов развития медно-порфировых месторождений. На некоторых месторождениях, особенно в Силвер-Белл и Пало-Верде, преобладающей железистой фазой является скорее гематит, чем пирит; в Кананеа магнетит и хлорит могут преобладать в количественном отношении над пиритом и кремнеземом. Кремнезем и пирит могут замещать скарны, но чаще они замещают известняки, образуя массивные неправильной формы тела, пологопадающие залежи или крутопадающие, структурно контролируемые брекчиевые трубки. Существует прямая зависимость между серицитизацией или первичной аргиллизацией плутонов и образованием кремнисто-пиритовой минерализации.

Запасы и содержание. Поскольку запасы и содержание в большой мере являются функцией метода отработки (а следовательно, бортового содержания), данные по различным месторождениям, приведенные в табл. 9—11, непосредственно сравнивать нельзя. Средние концентрации для гипогенной минерализации в осадочных породах при открытой разработке и бортовом содержании 0,3—0,4% Cu составляют 0,6—0,9% Cu. В основе этих величин лежит содержание Cu в скарнах, близкое к 1%. С учетом количества руды в осадочных породах общие запасы руды в скарнах, связанных с порфирами, лежат в пределах 50—500 млн. т.

Методы селективной подземной отработки требуют содержаний, близких к 2% (при бортовых содержаниях 0,8—1% Cu), когда запасы руды составляют 5—60 млн. т. Данные по менее крупным подземным рудникам, действовавшим в начале нынешнего столетия, на которых производилась высокоселективная отработка руды при бортовом содержании около 1,5% Cu, показывают, что верхний предел содержания гипогенной меди в скарнах в блоках весом от 500 т до нескольких миллионов тонн составляет ~ 2,5— 3% Cu.

Опубликованные данные о содержании прочих металлов, кроме меди, суммированы в табл. 12. Отношения медь/молибден в скарнах обычно выше, чем в ассоциирующихся с ними плутонах. Свинец и цинк присутствуют в количествах менее 0,05% в большинстве скарновых зон, но могут давать и промышленные концентрации в замещенных залежах под скарновой зоной. Цинка необычно много в скарнах месторождений Силвер-Белл и Континентал, где его концентрация достигает 0,5—0,8%. Содержание вольфрама лежит в пределах 0,02—0,04% WO3 в гранатитовых скарнах месторождения Туин-Бьюттс, а небольшое Cu-W-рудное тело в глинистых сланцах на контакте со штоком Уэри-Флат на месторождении Или (обстановка была относительно более глубинная, чем это бывает в случае скарнов, связанных с порфирами) характеризуется содержанием WO3, равным в среднем 0,50%. Повышенные концентрации вольфрама отмечаются в некоторых более глубоких частях меднорудных скарнов, связанных с порфирами. Высокие содержания меди в менее глубоких вольфрамоносных скарнах (например, на месторождении Кенеда-Тангстен, Северо-Западные территории) предполагают постепенные переходы между условиями образования медного и вольфрамового оруденения; такие переходы отражены и в составах гранатов и пироксенов (рис. 1,2).

Различия между меднорудными скарнами, связанными с порфирами и не связанными с ними. Хотя многие черты, отмеченные выше, присущи скарнам, не связанным с порфирами, все же некоторые особенности являются уникальными и могут оказаться полезными при разведке и построении более совершенной генетической модели медно-порфировых месторождений.

Скарны, связанные с порфирами, как правило, сложены тонкозернистыми вплоть до массивных агрегатами известково-силикатных минералов; крупнопластинчатый клинопироксен или грубозернистый гранат, наблюдающиеся в некоторых Cu-содержащих скарнах, например на руднике Мейсон-Валли, и характерные для Zn-содержащих скарнов, таких, как в Пьюэбике или Линчберге (Нью-Мексико), здесь обычно отсутствуют. Размер зерен, вероятнее всего, связан со скоростью потока флюида и со степенью равновесности, сохраняющейся между флюидом и боковыми породами. В порфировых системах, характеризующихся приповерхностными условиями замещения сильно трещиноватых пород, относительно высокие скорости потока флюида приводят к перенасыщению; это может обусловить формирование тонкозернистых структур вследствие быстрого возникновения многочисленных зародышей роста кристаллов. В отличие от этого скарны, не связанные с порфирами, видимо, формируются в менее динамичной магматогенно-гидротермальной обстановке и, возможно, на более значительных глубинах или на больших расстояниях от интрузива, где движение флюида более ограничено; в случае обстановки, менее благоприятной для перенасыщения, может происходить медленный рост крупных кристаллов.
Скарны, связанные с порфирами, формируются в период активной структурной деформации, сопровождающейся многочисленными проявлениями интрузивной деятельности; характерно повторное трещинообразование в хрупких осадочных породах, роговиках и ранее возникших скарнах, что создает более высокую плотность трещин, чем в скарнах, не связанных с порфирами. Наиболее характерные прожилки в скарнах, связанных с порфирами, сложены кварцем и сульфидами; в диопсидовых скарнах или роговиках в таких прожилках проявляется актинолитизация. По большей части образование прожилков происходило одновременно с процессом биотит-ортоклазового изменения в ассоциирующихся плутонах, как это было показано Джеймсом в Или и Аткинсоном и Эйнауди в Бингеме. Изменения, связанные с этими прожилками, могут быть интерпретированы с точки зрения равновесий в системе KAlO2 — MgO — SiO2 — CO2 — H2O как реакция между богатыми диопсидом боковыми породами и флюидами, насыщенными относительно флогопита. Имеются явные признаки наложения раннего К-метасоматоза медно-порфировых месторождений на роговики со средними величинами отношения Ca/Mg.

Квазимономинеральная природа образовавшихся на ранних стадиях скарновых зон, сохраняющаяся в более простых скарнах, не связанных с порфирами, может быть сильно нарушена в порфировой системе. В простых скарнах ассоциации поздних стадий, такие, как кальцит-хлорит-пиритовая или спекуляритовая, в своем распространении обычно либо ограничены пустотами в гранатитах и мелкими жилами, либо располагаются непосредственно не контакте скарнов с интрузивом; низкое отношение вода/порода и малая проницаемость, по-видимому, блокируют ретроградный процесс. Напротив, крупные объемы скарнов, связанных с порфирами, обычно изменены до образования ассоциаций поздних карбонатов и гидросиликатов; при этом известняки могут претерпеть обширное замещение кремнеземом и пиритом. Видимо, эти черты отражают существование длительно действовавшей богатой серой гидротермальной системы, находившейся в сильно трещиноватой, а следовательно, проницаемой среде. Падение температуры ниже 350°С, окислительная обстановка, обусловленная притоком метеорной воды, и низкое давление кипения — все это может содействовать образованию гидротермальных флюидов, которые не сохраняют равновесия с плутонами и скарнами.





Яндекс.Метрика