Стратиморфные месторождения меди, свинца и цинка в осадочных породах

Из медных месторождений, приуроченных к глинистым сланцам, наиболее известны, по-видимому, месторождения в медистых сланцах (Kupferschiefer) Европы и в Медном поясе Замбии, но в месторождениях Польши и ГДР, относящихся к типу медистых сланцев, большая часть медных руд заключена в песчаниках, а не глинистых сланцах, и в Замбии около 40% руды приурочено к аренитам, а не к сланцам. Стратиформные медные руды провинции Шаба в Заире и района Редстон-Ривер в западной Канаде практически аналогичны упомянутым выше, но залегают не в глинистых сланцах, а в карбонатных породах. Если же касаться медных месторождений в песчаниках, то нельзя, по-видимому, обойти вниманием и очень сходные с ними свинцово-цинковые месторождения Лайсвалль и Ларжантьер. Подобным же образом на известных месторождениях Раммельсберг, Маунт-Айза и Салливан рудовмещающими являются соответственно глинистые сланцы, известковистые алевролиты с аргиллитами и алевролиты, а приуроченные к карбонатным породам ирландские свинцово-цинковые месторождения, особенно Силвермайнс, обладают целым рядом черт, роднящих их с месторождениями Маунт-Айза и Мак-Артур-Ривер.

В результате такого рода размышлений мы пришли к выводу, что ограничивать обзор месторождениями, залегающими в породах только какого-либо одного литологического типа, нежелательно и что наиболее полноценно вопрос может быть рассмотрен лишь с привлечением материалов по стратифицированным месторождениям меди, свинца и цинка в разнообразных вмещающих породах. Мы, однако, не намерены затрагивать те стратифицированные, но дискордантные месторождения в карбонатных породах, которые обычно относят к типу долины Миссисипи. Большинство рассматриваемых ниже месторождений отличаются от типичных месторождений долины Миссисипи и их аналогов согласным пластовым залеганием руд и повышенным содержанием в них железа и серебра. Правда, некоторые не являются стратиформными, а другие не содержат обильных количеств железа или серебра. Однако, все они, по-видимому, образовались на очень ранней стадии седиментационно-диагенетической истории вмещающих пород в отличие от месторождений типа долины Миссисипи, сформированных явно после захоронения и литификации пород, к которым приурочено оруденение. Все же выделение этих двух типов месторождений является, конечно, условным и современем может претерпеть изменения или быть вовсе устранено, так как мы делим на две части то, что, вероятно, представляет собой единый непрерывный спектр месторождений. Многие из рассматриваемых медных месторождений по ряду признаков отличаются от свинцово-цинковых, но общая для них черта — явно раннее развитие минерализации. Различие между месторождениями описываемой группы и стратиформными колчеданными медно-свинцово-цинковыми месторождениями в эффузивных породах (их часто называют вулканогенными месторождениями) сравнительно четкое. Мы исключаем из рассмотрения те месторождения, которые либо залегают в толщах с преобладанием вулканогенных пород, либо имеют непосредственную связь с вулканическими процессами. Ho разделение их по этим признакам также является часто произвольным.

У группы месторождений, выбранных нами для дальнейшего обсуждения, отсутствует вполне приемлемое негенетическое наименование. Если бы мы включили в эту группу месторождения типа долины Миссисипи, то ее хорошо характеризовал бы описательный термин «стратифицированные месторождения в осадочных породах». Мы постараемся показать, что «диагенетические месторождения в осадочных породах» было бы также подходящим названием, соответствующим современному состоянию знаний об этих месторождениях, но мы отвергли этот термин как генетический, а не описательный; время показало, что применимость генетических классификаций оказывается преходящей. Итак, мы пользуемся названием «стратиформные месторождения в осадочных породах» («sediment hosted stratiform»), хотя не все относимые сюда месторождения в действительности являются стратиформными. Это справедливо для большинства, а те из месторождений, которые сами не являются стратиформными, все же тесно связаны со стратиформной минерализацией того или иного рода.

При выборе примеров для обсуждения (табл. 1, рис. 1) мы отдавали предпочтение месторождениям, которые, имея большое промышленное значение, позволяют вместе с тем показать все разнообразие свойств, присущих данной группе. Мы вынуждены были ограничиться теми месторождениями, которые хорошо описаны в литературе и (или) изучались нами лично, поэтому не затрагиваются такие крупные объекты, как Гамсберг (ЮАР) и Фаро (Канада). Несмотря на отсутствие детальных описаний, мы включили месторождение Говард-Пасс в Канаде, которое, по-видимому, является очень крупным и генетически своеобразным представителем месторождений рассматриваемого класса. Из месторождений Медного пояса Замбии выбраны только три, на которых можно показать разнообразие геологических особенностей. В их число не входит Чингола — в промышленном отношении самое крупное месторождение Замбии, но первичные черты на нем затушеваны в результате сложных структурных преобразований и интенсивных гипергенных изменений. Баснословно богатые месторождения района Шаба (Заир) рассмотрены очень поверхностно, поскольку нам, к сожалению, не удалось внимательно изучить работы на французском языке, чтобы пополнить скудный запас конкретных сведений, имеющийся в англоязычной литературе. Такие небольшие месторождения, как Крета и Насимьенто (США) включены потому, что служат хорошими иллюстрациями существенных геологических особенностей. Месторождение Болео (Мексика), руды которого залегают в туфах, фигурирует в нашем обсуждении потому, что по всем другим признакам оно гораздо ближе к прочим стратиформным месторождениям в осадочных породах, чем к большинству вулканогенных колчеданных месторождений.

Рассматриваемые здесь месторождения в прошлом классифицировались самым различным образом: по характеру вмещающих пород, ассоциациям металлов, морфологии рудных тел или согласно предполагаемым генетическим особенностям. Например, залегающие в глинистых сланцах свинцовоцинковые месторождения Маунт-Айза и Мак-Артур-Ривер одни исследователи объединяли с месторождениями медистых сланцев Европы, а другие — с вулканогенными колчеданными месторождениями. Месторождения медистых сланцев, в связи с залеганием в черных морских сланцах и отчетливо сингенетическим образованием руд, обычно считались генетически отличными от приуроченных к красноцветам медных месторождений, явно эпигенетических и залегающих в речных песчаниках. Тем не менее мы надеемся убедить читателя в том, что упомянутые и многие другие различия между отдельными типами месторождений в осадочных породах являются случайными и несущественными. Например, то, что выглядит как система питающих каналов для приуроченной к глинистым сланцам согласной свинцово-цинковой минерализации месторождения Мак-Артур-Ривер, представляет собой фактически группу залегающих в доломитах несогласных залежей крупнозернистых медно-свинцово-цинковых руд, весьма похожих на рудные тела месторождений типа долины Миссисипи и месторождений Ирландии в карбонатных породах каменноугольного возраста. Такое «кровосмешение» между несходными на первый взгляд типами указывает на генетическую общность различных типов и наводит на мысль о том, что их, вероятно, не следует помещать в классификациях раздельно. Гилмор указал на обычные способы перехода одних типов месторождений среди осадочных пород в другие. Мы можем либо рассматривать месторождения в осадочных породах как большое число различных типов, основываясь на слишком детализированных критериях, либо считать их единым обширным классом родственных месторождений. Мы предпочитаем последнее.

Хотя стратиформные месторождения в осадочных породах имеют широкое распространение и в течение столетий разрабатывались в Европе, значительная часть детальной информации о них была по крупицам собрана за 25 лет, прошедших после публикации юбилейного сборника, посвященного 50-летию журнала Economic Geology. На последующих страницах мы дадим обзор разнообразных геологических особенностей месторождений этого класса п критически оценим ряд предлагавшихся интерпретаций их происхождения. В основе нашего подхода лежит сравнение характерных черт широкого круга месторождений, поиски систематических вариаций, позволяющих сделать выбор между различными генетическими концепциями, и выявление наиболее уязвимых мест в наших современных представлениях об этих месторождениях.

Сингенез — диагенез — эпигенез. При рассмотрении происхождения стратиформных месторождений в осадочных породах невозможно избежать обсуждения понятий «сингенез», «диагенез» и «эпигенез». Неразбериха, связанная с этими тремя понятиями, часто приводила к горячим спорам, в значительной мере препятствовавшим пониманию генезиса рассматриваемых месторождений. Причина путаницы заключалась отчасти в искусственности жесткого подразделения на стадии непрерывного ряда процессов, протекающих от начала седиментации до метаморфизма, отчасти в наделении обсуждаемых понятий множеством часто противоречащих друг другу значений вследствие национальной, исторической и узкопрофессиональной специфики трупп исследователей и отчасти в том, что, как правило, были плохо определены граничные физические параметры тех систем, к которым понятия относились. Легкого выхода из этих затруднений не существует, и всех, кто желает глубоко ознакомиться с содержанием и историей предмета, мы отсылаем к превосходному обзору Дюнуайе де Сегонзака.

Понятия «сингенез», «диагенез» и «эпигенез» в применении к рудообразованию нуждаются в четких формулировках, а физические границы соответствующих систем должны быть ясно очерчены. Этим требованиям удовлетворяют определения, предложенные в содержательном обзоре Туртло и Вайна:

«Сингенетическим называется отложение или образование минералов одновременно с заключающим их осадком.

Диагенетическим называется постседиментационное образование новых минералов в результате реакций взаимодействия (приводящих систему в физико-химическое равновесие) между первичными обломочными и хемогенными минералами осадка и норовыми растворами и газами из пород той же толщи. Подразумевается, что компоненты, входящие в состав новообразований, имелись в пределах всей толщи осадков уже в период седиментации.

Эпигенетическим называется постседиментационное образование новых минералов, особенно рудных, в результате химических реакций между первичными компонентами осадочной породы и растворами из внешнего источника. В прошлом под эпигенетическими обычно подразумевались процессы с участием гидротермальных растворов магматического происхождения, но в последние годы этот термин распространен и на минералообразование, агентом которого служили вадозные грунтовые воды; они могли проникнуть в водоносные пласты после того, как последние были наклонены в результате тектонического воздымания и затем частично срезаны эрозией».

Согласно приведенным определениям и если объем системы ограничивать контурами самого месторождения, большинство стратиформных медных месторождений в осадочных породах следовало бы считать эпигенетическими, потому что рудные минералы, как будет показано ниже, образовались, вероятнее всего, по окончании осадконакопления в результате взаимодействия первичных компонентов осадочных пород с растворами, пришедшими извне (по отношенпю к непосредственно рудовмещающим породам). Однако если пределы системы раздвинуть далеко за рамки месторождения и включить в нее весь бассейн осадконакопления или весь комплекс его отложений, что больше отвечает обычному пониманию диагенеза литологами, то месторождения следует считать диагенетическими. Мы отдаем предпочтение именно такому подходу, поскольку при этом рудообразование рассматривается как результат эволюции седиментационного бассейна, а эмоциональные и бесплодные споры между «сингенетиками» и «эпигенетиками» теряют почву. Хотя приведенное выше заявление, будучи основано на данных рассматриваемых далее, составляет главный вывод настоящей статьи, мы упомянули его, чтобы сразу стало ясным, какое содержание вкладывается нами в термины «сингенетический», «диагенетический» и «эпигенетический».