Характер гидротермальных изменений месторождений типа Клаймакс

Гидротермальные изменения лучше всего проявлены на месторождении Ред-Маунтин, где толща измененной породы мощностью ~1000 м перекрывает рудное тело Хендерсон (рис. 33). Главным, преобладающим типом изменения пород является повсеместное разрушение первичных породообразующих минералов. Зоны изменения характеризуются и различаются минералами, подвергшимися изменению, и минералами, являющимися продуктами изменения. Главные пять зон изменения следующие: зона калиевого полевого шпата, кварц-серицит-пиритовая зона, верхняя зона аргиллизации, нижняя зона аргиллизации и пропилитовая зона. Пять второстепенных зон изменения меньшего пространственного распространения перекрывают и пересекают границы главных зон, но тем не менее имеют пространственную связь с рудным телом. Они определяются по присутствию отдельных измененных минералов, отличающихся от главных ассоциаций измененных пород, в которых они встречаются. Окремнение включает как образование кварцевых жил в жильной кварцевой зоне, так и почти полный кварцевый метасоматоз в зоне полного окварцевания. Магнетит-топазовая, грейзеновая и гранатовая зоны определяются по присутствию магнетит-топазовых, грейзеновых минералов и граната соответственно. Так как большинство зон перекрываются, границы между ними проводятся там, где один тип изменения преобладает над другим.

Зона калиевого полевого шпата. Отличительной особенностью зоны калиевого полевого шпата является полное замещение им плагиоклаза. В рудном теле Хендерсон внешняя граница зоны приблизительно проходит по границе содержаний молибденита, равной 0,3% (рис. 33).

Зона калиевого полевого шпата в порфирах Юред и Праймос сложена серой породой с вкрапленниками калиевого полевого шпата и кварца длиной обычно не более 10 мм. Фенокристаллы калиевого полевого шпата, как правило, окружены узкой каемкой наросшего калиевого полевого шпата, легко различимого по шлейфам захваченных зерен кварца. Границы между кристаллами калиевого полевого шпата неровные, часты карлсбадские двойники, пертиты отсутствуют.

Калишпатизированная основная масса равномернозернистая (0,5 мм), мозаичная, состоит из калиевого полевого шпата и кварца. Зерна полевого шпата основной массы не имеют наростов, и границы кристаллов слабо сутурные. Жилы калиевого полевого шпата, которые местами пересекают как кварц, так и полевой шпат, состоят из многочисленных небольших кристаллов (менее 0,1 мм) с сутурными границами зерен. По калиевому полевому шпату развиваются серицит, глинистые минералы, карбонат и в незначительной степени флюорит.

На вкрапленниках кварца также наблюдаются узкие нарастания, а на зернах основной массы нет. Редкие скопления пирита и монацита развились по первичному биотиту. Рассеянная вкрапленность вторичного биотита (менее 1%) распространена в нижней части зоны калиевого полевого шпата. Встречается он также в жилах.

Хотя в сильно калишпатизированных породах плагиоклаз отсутствует, он встречается в розовых породах, которые неповсеместно окаймляют зону калиевого полевого шпата. Этими породами сложены участки обычно шириной не более 30 м, которые занимают положение между кварц-серицит-пиритовой зоной и серой калишпатизированной породой, но более всего розовые породы развиты вдоль бортов рудного тела, где калишпатизированные породы сливаются с аргиллизованным материалом. Розовая зона характеризуется содержанием розового полевого шпата, относительно свежего первичного биотита и кристаллов плагиоклаза, которые только частично замещены калиевым полевым шпатом. Исследование в шлифах различных стадий разрушения плагиоклаза в розовых породах показывает, что калишпатизация плагиоклаза представляет собой замещение по схеме объем на объем. На начальных стадиях гнезда калиевого полевого шпата развивались как во внутренних частях, так и вдоль границ отдельных кристаллов плагиоклаза. Следующая ступень отмечена развитием пятнистых выделений пертитов, в которых плагиоклаз образует разобщенные, но оптически непрерывные пятна. На последних стадиях оставшийся плагиоклаз остается в виде разобщенных полос, которые обычно ориентированы параллельно короткой: стороне удлиненных кристаллов калиевого полевого шпата. Полная калишпатизация не оставляет следов первичного плагиоклаза.

Кварц-серицит-пиритовая зона. Кварц-серицит-пиритовое изменение характеризуется серицитизацией калиевого полевого шпата и плагиоклаза и обильным развитием пирита. Этот тип изменения развит в колоколообразной зоне, которая частично перекрывает верхнюю часть рудного тела Хендерсон и протягивается на 420 м над ним (рис. 33). Внешние части этой зоны, менее интенсивно измененные, чем внутренние, сложены слабо серицитизированной светло-серой породой, в которой хорошо видны псевдоморфозы серицита по полевому шпату. Здесь широко развиты пиритовые жилы с заметными кварц-серицитовыми ореолами. В более сильно измененной внутренней зоне развиты породы темно-серого цвета, а псевдоморфозы серицита по полевому шпату если и присутствуют, то трудноопределимы. Обильно развиты жилы пирита, но они нечетко выражены, хотя имеют относительно мощные жильные ореолы. За исключением реликтовых вкрапленников кварца, ничто не указывает на первичную порфировую структуру.

Кварцевые нарастания, оптически однородные с несущими их кристаллами, характерны как для вкрапленников, так и для зерен первичного кварца основной массы. Границы первичных кристаллов маркируются тонкими слоями захваченного серицита. Нарастающий кварц в слабо измененной кварц-серицит-пиритовой породе наполнен включениями серицита, из чего можно сделать вывод, что образование серицита предшествовало окварцеванию. Однако в сильно измененной кварц-серицит-пиритовой породе нарастающий кварц не имеет включений, что позволяет предполагать замещение серицита кварцем. Кремнезем, потребный для образования наростов, возможно, высвобождался при серицитизации калиевого полевого шпата.

Хотя, как правило, пирит встречается в кварц-пиритовых жилах, он в большом количестве также рассеян в сериците основной массы. Топаз и небольшое количество хлорита встречаются в нижних частях зоны. Мусковитовые чешуйки длиной до 2,5 мм отмечают первоначальное положение первичного биотита. Скопления пирита, лейкоксена, рутила, циркона, монацита и редко апатита встречаются внутри и около мусковитовых чешуй. Характер мусковита и скоплений акцессориев не изменяется на протяжении зоны, хотя в сильно измененных кварц-серицит-пиритовых породах апатит не встречается.

Как полагают, колоколообразная форма кварц-серицит-пиритовой зоны отражает распределение температур в процессе гидротермального изменения пород. Апикальная часть этой зоны направлена вверх внутри порфиров Ред-Маунтин, которые, весьма вероятно, были более нагреты, чем окружающие породы, и, следовательно, высокие температуры во время изменения пород могли поддерживаться на большом расстоянии от рудного тела Хендерсон.

Особо надо отметить величины log (fH2O/fHF), подсчитанные Гуноу и др. по анализам серицита из кварц-серицит-пиритовой зоны. Они показали градиент значений от 4,2 на вершине зоны до 3,7 у ее основания. Это составляет минимум тройное возрастание fHF при продвижении вниз при допущении, что никаких изменений температуры и fH2O не происходило. Гуноу считает, что существование этого градиента является аргументом против крупных конвективных ячеек грунтовых вод при образовании кварц-серицит-пиритовой зоны.

Верхняя зона аргиллизации. Изменения в верхней зоне аргиллизации характеризуются выборочной аргиллизацией плагиоклаза. Зона аргиллизации протягивается на 510 м над рудным телом Хендерсон в порфирах Юред и Ред-Маунтин и по крайней мере на 270 м от бока рудного тела в порфиры Юред (рис. 33). Часть зоны располагается в докембрийских гранитах. В этой породе внешняя граница зоны завуалирована контактовым воздействием порфиров и местами аргиллизацией, связанной со сдвигом. Плагиоклаз в зоне полностью замещен монтмориллонитом, каолинитом и серицитом. Калиевый полевой шпат сравнительно мало изменен, а кварц совсем не затронут. Биотит замещается мусковитом, серицитом и небольшими количествами рутила, лейкоксена, пирита, карбоната и флюорита. Предварительные рентгеноскопические определения приводят к заключению, что каолинит более обычен во внутренних частях зоны аргиллизации, а монтмориллонит чаще развит по ее краям.

Нижняя зона аргиллизации. Нижняя зона аргиллизации перекрывает подошву рудного тела Хендерсон (рис. 33) и в большой степени распространена в порфирах Юред и Праймос. Для нее характерна аргиллизация как первичного, так и вторичного полевого шпата; из минералов глин наиболее обычен каолинит.

Пропилитовая зона развита главным образом в докембрийских гранитах Силвер-Плум. Она определяется по присутствию хлорита, эпидота, кальцита, минералов глин и серицита. Хотя результаты гидротермального воздействия на породы, связанного с оруденением месторождения Хендерсон, могут проявляться на расстоянии несколько километров, внешней границей ореола изменений принято считать предел распространения в гранитах Силвер-Плум полностью хлоритизированного первичного биотита. На поверхности зона образует эллипсоидальную площадь, протягивающуюся в северо-восточном направлении более чем на 3 км по длинной оси, и лежит в пределах проекции рудного тела Хендерсон на поверхность. Хлорит, характеризующий эту зону, является продуктом изменения биотита. Кальцит, глинистые минералы и серицит развивались главным образом по плагиоклазу. Эпидот встречается вместе с биотитом, калиевым полевым шпатом и плагиоклазом.

Зона кварцевых жил. Зона переплетенных кварцевых жил, которая располагается внутри центральной части рудного тела Хендерсон и под ней (рис. 33), характеризуется обилием кварцевых жил, что повышает содержание кварца средней калишпатизированной породы от 40 до 70%. Обычно мощность жил около 0,5—0,6 см, состоят они из мозаичного кварца с извилистыми, но не сутурными границами зерен.

Зона полного окремнения определяется как участок с содержанием более 90% кварца. Одна из двух сравнительно небольших зон полного окварцевания располагается внутри рудного тела Хендерсон непосредственно около разреза 480 H (рис. 33), а другая — внутри и под рудным телом в северо-восточной части месторождения. В обоих местах окварцевание разрушило все ранее существовавшие калишпатизированные порфиры, за исключением немногочисленных останцов. Площади, окаймляющие зоны полного окварцевания, содержат разбросанные скопления зеленого биотита, топаза и хлорита, которые, возможно, были образованы из компонентов, выносившихся из областей интенсивного окварцевания.

Зоны магнетита и топаза. Магнетит и топаз характеризуют две зоны изменения — обширную верхнюю, которая достигает мощности 120 м в верхней части рудного тела Хендерсон, и нижнюю зону, которая целиком располагается внутри рудного тела (рис. 33). Хотя магнетит и топаз встречаются в одних и тех же местах, они редко контактируют друг с другом и, по-видимому, генетически не связаны. Магнетит образует прерывистые мономинеральные прожилки шириной обычно меньше 0,5—0,6 см. Прожилки секут большинство минералов, за исключением пирита, который неизменно постоянно сечет магнетит. Топаз встречается внутри или около кварц-топаз-пиритовых жил и прожилков молочно-белого цвета. Мощность прожилков колеблется от 0,15 до 0,6 см, но большая часть жил и прожилков имеет ширину менее 0,3 см. Топаз встречается также в виде отдельных кристаллов и коконовидных агрегатов, которые концентрируются вдоль границ крупных жил. Второстепенными минералами в топазоносных жилах и прожилках являются серицит, флюорит, карбонат, хлорит и в небольших количествах — зеленый биотит. Эти минералы в большинстве случаев являются интерстиционными по отношению к топазу, несмотря на то что изредка серицит, флюорит и карбонат замещают топаз. Топаз местами сечет кварц, но большая часть, его концентрируется на границах зерен кварца.

Топаз также распространен в виде вкрапленности в ореолах измененных пород, окружающих топазоносные прожилки. Там, где топазоносные прожилки пересекают кварц-серицит-пиритовые породы, как это имеет место в верхней зоне, топаз представлен вкрапленностью, располагаясь совместно с серицитом между зернами кварца и занимая места ранее развитого калиевого полевого шпата. Серицит является интерстиционным по отношению к топазу и обычно образует оторочки вокруг отдельных кристаллов топаза. Там, где топазоносные прожилки рассекают калишпатовые породы, топаз в ореолах неизменно замещает полевой шпат.

Редкие топаз-пирит-гюбнеритовые жилы шириной не более 2,5 см встречаются вдоль северо-западного края рудного тела. Эти жилы нельзя назвать типичными, и их распределение внутри магнетит-топазовых зон не изучено. Большие размеры кристаллов топаза (до 1,2 см в длину) делают возможной ручную разборку, а химические анализы одного такого концентрата показали содержание 19% фтора, что очень близко к теоретическому максимуму, который согласуется со структурой топаза.

Глиноземные и кремнеземные составляющие топаза могли быть накоплены на месте при замещении калиевого полевого шпата, который постоянно присутствует в породах, содержащих топаз. Однако фтор должен был привноситься. Магнетит здесь образовался, вероятно, как следствие высокого содержания кислорода и низкой фугитивности серы. Сочетание магнетит — топаз отражает обилие фтора в гидротермальных флюидах месторождения Хендерсон. Наличие этих минералов в двух зонах указывает по крайней мере на два эпизода такого типа изменения пород.

Грейзеновая зона. Грейзеновая ассоциация кварц — мусковит — топаз встречается в ореолах изменения, обрамляющих широко распространенные кварц-молибденитовые жилы. Хотя грейзеновая зона более всего развита под рудным телом Хендерсон (рис. 33), несколько грейзеновых жил протягиваются по направлению вверх в руду, где они пересекают ранее калишпатизированные породы. Хотя в каждой единичной жиле или жильном ореоле может встречаться только часть грейзеновой ассоциации, обычная грейзеновая жила состоит большей частью из кварца и молибденита с различными количествами топаза, пирита, магнетита и мусковита. Присутствуют также небольшие количества флюорита, рутила, зеленого биотита, хлорита, карбоната, калиевого полевого шпата, глинистых минералов и серицита. Грейзеновые ореолы состоят из четырех основных минеральных ассоциаций (от стенки жилы наружу): кварц — топаз — магнетит — мусковит, кварц — топаз — зеленый биотит, серицит, Mn-гранат. Согласно Гуноу, гранат содержит 3,5% фтора. Грейзеновые жилы достигают ширины по крайней мере 2 см, и ореолы обычно шире самой жилы в четыре-пять раз.

Гранатовая зона, которая определяется по присутствию оранжевого спессартина, образует горизонтальный слой мощностью 60 м приблизительно на 570 м выше рудного тела Хендерсон (рис. 33). Эта зона хорошо развита в порфирах Ред-Маунтин, где она перекрывает границу между более широко распространенной зоной аргиллизации и кварц-серицит-пиритовой зоной, но латерально в докембрийские граниты не протягивается. Гранат обычно присутствует либо в виде минерала, замещающего свежий калиевый полевой пшат, либо в виде псевдоморфоз серицита по калиевому полевому пшату. Иногда он встречается в серицит-глинистых псевдоморфозах по плагиоклазу или в редких серицит-сфенпиритовых псевдоморфозах по биотиту. Там, где серицит и глина были вынесены из псевдоморфоз, гранат обычно остается в виде каемки вокруг получившейся пустоты. Галенит, сфалерит, пирит, флюорит, карбонат, серицит, каолинит и слабозональный эвгедральный кварц являются или интерстиционными по отношению к гранату или присутствуют во внутренних частях пустот, окаймленных гранатом. Карбонат и лейкоксен местами окружают гранат, а карбонат частично замещает его. Пирит и изредка кварц образуют включения в гранате.

Кристаллы граната в прозрачных шлифах светло-желтые от суб- до эвгедральных, диаметром не более 1,4 мм. Чрезвычайно широко развито секторное двойникование, когда частично анизотропные кристаллы разделены на секторы подобно нарезанному торту. По данным анализа главных окислов в гранатовом концентрате вычислен молекулярный состав конечного члена (в %): пироп — 4,0, гроссуляр — 10,4 и спессартин — 85,6.

Близкая ассоциация граната с галенит-сфалерит-родохрозитовым комплексом минералов предполагает, что гранат относится к поздней стадии свинец-цинк-марганцевого гидротермального процесса, связанного с рудным телом Хендерсон. Хотя гранатовая зона не протягивается из порфиров внутрь соседних докембрийских гранитов, свинец-цинк-марганцевая минерализация, в которой гранат в порфирах является составной частью, продолжается в граниты и образует отчетливый ореол над рудным телом.

Модальный состав и основные черты химизма измененных пород. Образцы для определения модального состава (табл. 8) и анализов химического состава (табл. 9 и рис. 34) были отобраны после изучения почти 48 тыс. м керна скважин, нескольких километров подземных выработок и более 500 прозрачных шлифов. Модальные и химические анализы подчеркивают основные минеральные и химические преобразования, которые происходили в процессе изменения пород на месторождении Хендерсон. Разрушение плагиоклаза в верхней зоне аргиллизации находит отражение в возрастании модальных содержаний глинистых минералов и резко выраженном уменьшении содержания натрия. В минералогическом отношении гранатовая зона занимает промежуточное положение между верхней зоной аргиллизации и кварц-серицит-пиритовой зоной, залегая выше последней.

Замещение калиевого полевого шпата в кварц-серицит-пиритовой зоне сопровождается дальнейшим увеличением содержания глинистых минералов и только незначительным уменьшением содержания калия. С другой стороны, заметное возрастание модального кварца не сопровождается соответствующим возрастанием общего содержания кремнезема, которое остается постоянным в пределах аналитической ошибки повсюду в этой зоне. Изменения в минералогии и химизме кварц-серицит-пиритовой зоны подтверждают превращение калиевого полевого шпата в серицит и кварц, как это было выявлено химическим путем Мейером и Хемли. Избыток калия, освободившегося при реакции, по-видимому, выносится из зоны, тогда как кремнезем остается на месте в виде кварца. Важно отметить, что весь кварц (содержание его достигает 20%), образующийся при интенсивном кварц-серицит-пиритовом изменении пород, может получиться при превращении калиевого полевого шпата в серицит.

Относительное обилие пирита в кварц-серицит-пиритовой зоне отражается в модальном процентном содержании непрозрачных минералов и суммарного железа (табл. 8 и 9). Наиболее точно содержание пирита в наиболее интенсивно измененных частях зоны установлено по 318 анализам, и оно равно 8 %, что соответствует общему содержанию этого сульфида в рудном теле, которое составляет приблизительно 2%.

Калишпатизация плагиоклаза в зоне калиевого полевого шпата определяется по высокому содержанию калиевого полевого шпата и увеличению содержания K2O приблизительно на 2% по сравнению со свежей породой. Однако содержания кварца также аномально высоки, и этот факт, а также отсутствие корреляции между количествами вновь образованного полевого-шпата и первичного плагиоклаза позволяют предполагать, что кварц был добавлен во время разрушения плагиоклаза в зоне калиевого полевого шпата. Розовая порода необычна в том смысле, что она содержит неизмененный плагиоклаз и первичный биотит.

Повышение содержания модального кварца — характерная особенность окремненных пород, а именно калишпатизированных пород, граничащих с зоной жильного кварца, пород в зоне жильного кварца и пород в зоне полного окремнения. Увеличение содержания кварца в основном происходит за счет кварцевых жил, количество которых увеличивается до тех пор, пока окремнение не становится повсеместным. Завершенность силицификации подтверждается полным соответствием между количеством модального кварца и количеством SiO2 в зоне полного окремнения. Небольшие количества глинистых минералов, калиевого полевого шпата и акцессориев представляют собой несилицифицированные реликты ранее существовавших и затем измененных пород.

Итак, плагиоклаз является самым нестабильным из главных породообразующих минералов. Он замещается глинистыми минералами и серицитом в верхней зоне аргиллизации и появляется вновь только в краевых частях зоны калиевого полевого шпата. Калиевый полевой шпат замещается серицитом в кварц-серицит-пиритовой зоне и является главной составной частью в зоне калиевого полевого шпата. Кварц распространен везде, но достигает высоких концентраций только в зоне кварцевых жил и зоне полного окремнения. Что касается минералов, встречающихся в небольшом количестве, то первичный биотит разрушен в верхней зоне аргиллизации, но, как и плагиоклаз, он вновь появляется в пограничных частях зоны калиевого полевого шпата. Гранат и топаз с ассоциирующимися зеленым биотитом и хлоритом присутствуют соответственно в верхних и нижних частях разреза измененных пород. Повсеместно распространены флюорит, карбонат и темноцветные минералы.

Процессы гидротермального изменения. Главные изменения пород на молибденовых месторождениях типа Клаймакс подобны изменениям, характерным для медно-порфировых месторождений. Например, пропилитовая и кварц-серицит-пиритовая зоны месторождений типа Клаймакс содержат приблизительно те же минеральные ассоциации, что и пропилитовая и филлитовая зоны медно-порфировых месторождений. Это фундаментальное сходство наводит на мысль о том, что характер околорудных изменений на месторождениях типа Клаймакс может быть объяснен изменением концентрации ионов калия и водорода так же, как на медно-порфировых месторождениях.

Главное отличие изменений пород на месторождениях типа Клаймакс (а именно, интенсивная силицификация, относительное обилие флюорита, и небольшое — на месторождении Хендерсон — количество биотита) от подобных процессов на медно-порфировых месторождениях может быть следствием более высокой степени дифференциации магмо-гидротермальной системы, продуктами которой являются месторождение молибденовых руд. и минералы измененных пород.

Мак-Кензи предположил, что на месторождении Хендерсон главные зоны изменений пород образовались одновременно, а не при направленном процессе формирования одной зоны за другой. Он отмечал присутствие реликтов структур первичных пород в зоне калиевого полевого шпата как доказательство того, что калишпатизированные породы никогда не были изменены до кварц-серицит-пирита и с трудом могут быть распознаны. Эта точка зрения была далее подтверждена наличием плагиоклазоносных зон розового цвета, которые залегают между зоной аргиллизации и зоной калиевого полевого шпата, вдоль флангов рудного тела. А если имело место наложение, то как мог плагиоклаз восстановиться после разложения при аргиллизации?

Повсеместная силицификация широко развита в апикальной части штока Праймос, под рудным телом Хендерсон (рис. 33). Она также очень сильно развита на вершине связанного с рудой интрузива под Верхним и Нижним рудными телами на месторождении Клаймакс (рис. 2). Изолированность этих, по-видимому, бескорневых богатых кварцем линз предполагает, что кварц образовался там, где он найден, т. е. в апикальных частях порфировых интрузивов, связанных с рудой. Фазовая диаграмма, составленная Глюком и Анфилиговым для системы гранит — H2O — HF при давлении 1 кбар, показывает, что при температуре 600° С в результате повышения содержания фтора становятся неустойчивыми различные гранитообразующие минералы в следующей последовательности: биотит при 1 %, щелочной полевой шпат приблизительно при 1,5%, альбит — около 3,4% и топаз приблизительно при 7 % фтора в системе. Это не относится только к кварцу, который остается устойчивым в равновесии с флюидом при содержании в системе фтора от 7 до 10%. Следовательно, зона высокой силицификации месторождений Клаймакс и Хендерсон указывает на то, что высокотемпературные, высокофтористые флюиды вызвали дальнейшее изменение пород в апикальных частях связанных с оруденением интрузивов и в центральных частях магмо-гидротермальных систем типа Клаймакс.

Магнетит-топазовая, грейзеновая и гранатовая зоны, по существу, горизонтальные и пересекают главные зоны измененных пород. Их расположение, вероятно, отражает очертания изотерм, которые контролировались остыванием интрузива и связанным с ним образованием рудных месторождений.