08.02.2018

Генетическая модель медно-цинкового и цинково-свинцово-медного типов


Назначение генетической модели рудных месторождений определенного типа — дать рациональное и согласованное объяснение различным особенностям этого типа в рамках точно определенного процесса. Критерием основательности данной модели является доля тех специфических черт, свойственных или связанных с рудным месторождением, которые она объясняет; лучшая модель объясняет большинство особенностей. Для специфических особенностей колчеданных месторождений предложены различные объяснения, однако пока еще не выработано единой модели, которая бы с успехом использовалась для прогноза количественных характеристик (локализация, запасы, уровень концентрации металлов) невыявленных месторождений.

Имеется почти полное единодушие в том, что колчеданные месторождения образовались над выводящими каналами разгрузки субмаринных гидротермальных систем или близ них. Главным свидетельством в пользу этого является наличие осадочных текстур руд в контурах массивной стратиформной части месторождения. Такие текстуры наиболее обычны в месторождениях, руды которых механически перемещались вниз по палеосклону от выводящих центров разгрузки на расстояние от нескольких метров до нескольких сотен метров, а в последующем подвергались лишь незначительным деформациям и метаморфизму. Хорошими примерами могут служить месторождения Куроко и месторождение Баченс в Ньюфаундленде. Свидетельством того, что рудообразующий флюид представлял собой водный раствор, являются температура и соленость, определяемые по флюидным включениям в минералах руд, в особенности на месторождениях Куроко, а также температуры, определяемые по изотопам кислорода водных минералов измененных пород. Обе группы данных показывают, что при измеренных температурах и соленостях рудообразующий флюид должен быть водным раствором при давлении, соответствующем мелководным субмаринным условиям.

В большинстве моделей гидротермальной системы предпочтение отдается конвективной ячейке, приводимой в движение теплом остывающего субвулканического интрузивного тела. Расчет необходимого количества тепла показывает, что такое интрузивное тело должно иметь объем в несколько кубических километров, для того чтобы поддерживать поток оцениваемых объемов флюида, вовлеченного в рудообразующий процесс. Главным доказательством в пользу конвективной модели служит аналогия с современными субаэральными геотермальными системами и гидротермальная деятельность в современной океанической коре, особенно в участках срединноокеанических хребтов, где морская вода, по-видимому, циркулирует до глубины 5 км. Изотопные исследования гидротермально измененных пород древней океанической коры, включая и проведенные в окрестностях кипрских месторождений, свидетельствуют о крупномасштабной циркуляции морской воды, имевшей место и в океанической коре прошлого. Вариации отношений изотопов серы из сульфидов фанерозойских руд коррелируются с соответствующими величинами для сульфатов морской воды времени рудо-образования, а отношения изотопов кислорода и водорода флюидных включений из минералов руд месторождений Куроко согласуются с представлением о том, что рудообразующие растворы были преимущественно морской водой того времени. Эти доказательства приведены для обоснования точки зрения, согласно которой рудообразующая гидротермальная система в колонне пород ниже морского дна вовлекает в кругооборот современную ей морскую воду.

Однако гипотеза конвективной ячейки удовлетворительно не объясняет того факта, что во многих рудных районах большинство колчеданных месторождений ограничены относительно узким стратиграфическим интервалом по сравнению с промежутком времени, в течение которого активизировалась вулканическая деятельность; она также не отвечает на вопрос: почему многие субмаринные скопления вулканитов не содержат таких месторождений? Эти наблюдения более удовлетворительно объясняются механизмом сейсмической накачки, в котором поровые воды (в основном захваченная морская вода) мобилизуются механической энергией разрывных дислокаций. Альтернативное объяснение заключается в том, что рудообразующие флюиды возникли за счет магматического парового фонтана, наложившегося на безрудную конвективную ячейку. Такая интерпретация будет объяснять наблюдаемую безрудную гидротермальную деятельность, по-видимому продолжавшуюся после процесса рудоотложения, как об этом свидетельствуют гидротермально измененные породы висячего бока на некоторых месторождениях.

Пo поводу непосредственного источника металлов нет единого мнения. Если образование основной массы рудообразующих растворов большинство исследователей предпочитают относить за счет морской воды, то концентрации металлов в этом растворе, необходимые для формирования рудного месторождения, требуют, чтобы основная масса металлов была заимствована из другого источника. Априорно обычно считают, что металлы выщелачивались из пород, сквозь которые проходили гидротермальные растворы. Эта точка зрения согласуется с данными по изотопам свинца для руд и с химическим моделированием состава металлов в рудообразующих растворах, однако приведенные аргументы не могут рассматриваться как окончательные. Пока еще считается возможным, хотя и менее вероятным, отделение металлов непосредственно от магматического источника. Большинство авторов отдают предпочтение представлению о получении по крайней мере существенной доли серы из сульфатов морской воды, которые восстанавливались в сульфидную форму либо в ходе взаимодействия между гидротермальным раствором и железистыми компонентами пород, сквозь которые этот раствор проходил, либо путем неорганической, а иногда и органической редукции сульфатов морской воды того времени в участке рудоотложения. Однако, как и в случае металлов, имеются данные, указывающие, что вся масса серы была заимствована из пород, включавших гидротермальный резервуар, или непосредственно из магматического источника.

Независимо от типа гидротермальной системы или истопника компонентов руд разгрузка гидротермального раствора контролировалась разломами или системами трещин. Это подтверждается характерными четко очерченными локализованными сгруженными формами большинства рудных линз и пространственной связью этих залежей со структурными линеаментами. Характерно, что залежи, сформированные над выводящими каналами разгрузки, подстилаются трубообразной зоной измененных пород лежачего бока, часто содержащей промышленные количества сульфидов с высоким отношением меди к цинку. Характерное уменьшение величины этого отношения вверх и к флангам массивной стратиформнсй сульфидной залежи от верхней части трубообразной колонны измененных пород объясняют ремобилизацией ранее отложившихся сульфидов при воздействии продолжавших поступать сквозь залежь гидротермальных потоков. Такое толкование подкрепляется данными по изучению структур особенно наименее деформированных и метаморфизованных месторождений, которые показывают, что внутри залежей отложение сульфидов происходило в значительной степени путем выполнения трещин и замещения ранее существовавших сульфидов. Альтернативным объяснением характерной Cu/Zn-зональности является последовательное отложение сульфидов из рудообразующего раствора, эволюционировавшего в направлении уменьшения указанного отношения; при этом рудоотложение происходило сверху путем накопления сульфидов, осаждавшихся из гидротермального фонтана. Оба объяснения могут быть взаимосогласованы при термодинамическом моделировании рудообразующих растворов, которое показывает, что руды с самым высоким отношением меди к цинку отлагались при повышенных температурах и пониженных значениях PО2 по сравнению с рудами, имеющими низкое отношение этих металлов. О таком физико-химическом тренде свидетельствует также изменение изотопных отношений серы вверх и в стороны от устья трубообразной колонны измененных пород к кровле сульфидной залежи.

Многие осадочные текстуры, наблюдаемые в отдельных колчеданных месторождениях, обусловлены механической переработкой сульфидных руд и перемещением их вниз по склону после первичного отложения. В исключительном случае руды могли быть перемещены на несколько сотен метров от места их первоначального отложения. Отложение сульфидов может также происходить вдали от выводящего канала разгрузки, если рудообразующие растворы имели высокую плотность и поэтому стекали вниз по склону, накапливаясь в виде рассольных прудов. Можно ожидать, что рудные тела, образовавшиеся на дне таких рассольных резервуаров, будут иметь более пластообразную форму и обнаруживать более правильную полосчатую или сложную осадочную текстуру.

Были предложены два основных варианта физико-химических изменений рудообразующего раствора, необходимых для начала осаждения непосредственно возле устья выводящей структуры. Возможно, наиболее популярным является вариант изменений, вызываемых смешиванием рудообразующих растворов со свободной морской водой как непосредственно ниже морского дна (в трубообразной колонне измененных пород), так и сразу же после излияния на морское дно. Эта модель учитывает тренды сопутствующих явлений окисления и охлаждения, выводимые при интерпретации химических и минералогических данных, а также подтверждаемые лабораторным моделированием разгрузки субмаринной гидротермальной системы. Другая точка зрения заключается в том, что единственным наиболее существенным фактором рудоотложения может быть вскипание растворов. Эта схема учитывает также тесную пространственную связь с колчеданным месторождением продуктов эксплозий и очевидную контролирующую роль глубины морской воды как для морфологии залежи (в особенности для соотношения массивных и прожилково-вкрапленных руд), так и для ее химических характеристик (особенно для отношения Cu/(Zn + Pb).

Контуры принимаемой и в целом описанной здесь модели генезиса колчеданных месторождений пока еще довольно расплывчаты. На изучение этого типа месторождений уже было направлено много усилий исследователей, и оно, вероятно, будет продолжено в обозримом будущем. Все еще требуют своего решения некоторые кардинальные вопросы, а именно:

1. Существует ли связь между колчеданными месторождениями и особым магматическим петрогенетическим типом и стадией магматической дифференциации или вулканическая деятельность и образованием месторождений являются независимыми проявлениями единых термальных и механических процессов в земной коре?

2. Имеют ли прямое отношение к рудообразующему процессу латерально протяженные гидротермальные изменения, устанавливаемые в разрезах лежачего бока некоторых колчеданоносных районов, или они просто отражают обычное проявление субмаринного вулканического режима или метаморфизма?

3. Что определяет весьма специфическую ассоциацию металлов колчеданных месторождений?

Несомненно, что дискуссия по этим и другим проблемам будет продолжаться в течение некоторого времени.





Яндекс.Метрика