07.02.2018

Тектоническая обстановка Скарновых месторождений


В ранних металлогенических работах советских авторов распределение минеральных месторождений рассматривалось в рамках стадийного развития геосинклиналей. В современных исследованиях пространственно-временное размещение минеральных месторождений обычно соотносят с общими концепциями тектоники плит. С точки зрения тектоники плит положения Билибина о «ранней», «средней» и «поздней» орогенических стадиях соответствуют в основном эволюции от «примитивной» островодужной обстановки до более «развитых» магматических дуг окраин континентов, причем все это связывается с субдукцией и в конечном итоге с условиями рифтогенеза. Скарновые месторождения располагаются в каждой из этих тектонических обстановок и формировались в течение всего геологического времени. Генезис более древних месторождений докембрийского возраста обычно менее понятен, как об этом уже говорилось выше; эти типы скарновых месторождений не включены в последующее рассмотрение, в процессе которого делается попытка найти место месторождениям фанерозойского возраста в генеральной схеме, учитывающей тектоническое развитие орогенических поясов.

Обстановка в условиях тектоники плит. Ранняя орогеническая ситуация может быть представлена следующим образом. Существовала магматическая дуга, образованная сближенными желобами и связанная с крутопадающей зоной субдукции преимущественно в океанической обстановке, сходной с той, которая в настоящее время наблюдается на Малых Антильских островах. В некоторых случаях эти области в процессе аккреции причленялись к растущим краям континентов, как это произошло на западе Северной Америки (Кони, в печати). Островодужный магматизм включает образование базальтовых и андезитовых вулканических пород, которые могут местами языкообразно переслаиваться с пластическими породами бассейна в тыловой части дуги или, когда вулканическая дуга достигает уровня моря, с обломочными мелководными морскими осадками, включая рифовые известняки. Интрузивные породы представлены разностями от габбро до гранодиоритов и подчиненными им щелочными образованиями, такими, как плагиограниты и плагиосиениты. Скарновые месторождения, богатые магнетитом, связаны именно с такими плутонами и образуются как в андезитовых вулканических породах, так и в известняках.

К некоторым характерным чертам, которые отличают эти скарны от образований, связанных с магмами и корой, находящимися на более высокой стадии эволюции, относятся их связь с габброидными и диоритовыми плутонами, большие объемы эндоскарнов и широкое развитие натрового метасоматоза, их состав, характеризующийся обогащенностью железом и бедностью марганцем, присутствие аномальных количеств Fe, Co, Cu, Au, (Ni) и (Zn) и отсутствие Sn, W и Pb. Эти черты отражают примитивную природу коры, боковых пород и плутонов.

Наиболее известными примерами таких месторождений могут служить образования мелового возраста в прибрежной части Британской Колумбии,. в Японии и России; к ним относятся Магнитогорск и Дашкесан в России, рудники Эмпайр (остров Ванкувер, Канада), Лаpaп (Филиппины) и рудник Синияма (район Камаиси, Япония). Эти и другие месторождения, которые укладываются в данную схему, рассматриваются в разделе, посвященном железным скарнам.

Магматические дуги, развивающиеся в континентальной коре, располагаются в более развитой орогенической обстановке, чем океанические островодужные участки. Плутоны представлены породами от гранодиоритов до гранитов; при этом вариации изотопного состава как стронция, так и кислорода указывают на их более континентальный характер. Эта стадия может следовать за ранней орогенической стадией, если происходит аккреция островной дуги к краю континента, как это могло иметь место на западе Северной Америки, или же она может быть начальной ступенью цикла субдукции. Вариации угла субдукции могут иметь важные последствия, включая миграцию магматических дуг, изменения в составе магм и в структурном характере зон внедрения этих магм. Эти вариации вместе с колебаниями, вызванными изменениями стратиграфических фаций (например, мощности и состава карбонатных осадков), глубины образования и других параметров, которые будут рассмотрены позднее, могут привести к возникновению вариаций в морфологии скарновых месторождений, их минералогии и содержании ведущего металла. Существуют свидетельства того, что угол субдукции может со временем уменьшаться, и в некоторых случаях обнаруживаются неоднократные существенные изменения падения. Здесь рассматриваются два обобщенных случая: 1) «среднеорогенический» случай, когда при умеренно крутой субдукции возникает магматическая дуга I-типа (применяются термины, предложенные Чаппеллом и Уайтом), которая обращена в сторону континентального края, совпадая как с эвгеосинклинальным, так и с миогеосинклинальным бассейнами осадконакопления, и 2) «позднеорогенический» случай, когда переход к тектонике, развивающейся после окончания субдукции, вызывает прерывистый магматизм обоих типов — I и S, обычно совпадающий с образованием миогеосинклинальных пород, залегающих ближе к внутренней части кратона.

Среди всех месторождений такого рода наиболее обычны и лучше всего изучены скарны, ассоциирующиеся с гранодиоритовыми и кварц-монцонитовыми плутонами, связанными с субдукцией. Там, где магма внедряется на относительно больших глубинах (5—15 км), возникают сложенные грубозернистыми породами батолиты, которые обычно вызывают обширный метаморфизм, но не приводят к сколько-нибудь существенным низкотемпературным изменениям. Скарны, связанные с такими плутонами, разрабатываются главным образом на вольфрам с извлечением меньших количеств меди и молибдена; цинк и свинец могут присутствовать в периферических зонах скарнов. Вольфрамовые скарны характеризуются относительно восстановленными ассоциациями известково-силикатных и рудных минералов, проявлением низкотемпературных изменений и обычно небольшими количествами малосернистых сульфидов. Наиболее известные примеры таких скарновых месторождений относятся к палеозойскому и мезозойскому возрасту и включают месторождения Кинг-Айленд (Тасмания), Мак-Миллан-Пасс (Северо-Западные территории, Канада) и Пайн-Крик (Калифорния). Другие примеры рассмотрены в разделе о вольфрамовых месторождениях.

Там, где магма внедряется в кору на средних и небольших глубинах (1—6 км), образуются порфировые штоки и некки гранодиоритов и кварцевых монцонитов, которые обычно комагматичны вулканическим породам. Метаморфические ореолы не столь широко интенсивны, как те, которые окружают более глубинные батолиты; в то же время изменение штоков может быть обширным. Ассоциирующиеся с этими плутонами скарны богаты сульфидами и разрабатываются главным образом на Cu, Cu—Fe и Zn—Pb, местами с извлечением побочных продуктов — Mo, Au и Ag. Распределение и минералогия этих скарновых месторождений, а также соотношения металлов в них довольно изменчивы. На отдельных месторождениях была изучена корреляция между типом магмы, степенью окисленности, глубиной формирования и удаленностью от интрузивного источника.

Наиболее хорошо известными примерами подобных гипабиссальных скарновых месторождений являются скарны, связанные с меднопорфировым оруденением, как на месторождениях Кристмас (Аризона), Или (Невада) и Карр-Форк (Юта). Другие примеры медных и цинково-свинцовых скарнов будут рассмотрены в последующих разделах.

Во время перехода к тектоническим условиям, развивающимся после субдукции, магматическая дуга может расширяться или мигрировать дальше в сторону внутренних частей континента. Интрузивы могут принадлежать либо к типу I, либо к типу S, и на основании данных по изотопам было высказано предположение, что они взаимодействуют в большей мере с континентальной корой, чем с более ранними магматическими дугами. Магмы типа I по составу колеблются от кварц-монцонитовых до гранитных и ассоциируются со скарнами, которые разрабатываются на различные металлы; обычно преобладают W или Mo, в большом количестве присутствуют Cu и Zn и в незначительном Bi, Pb, Ag и Au. В некоторых случаях сами интрузивы также содержат молибденовую минерализацию. К наиболее известным примерам этого скарнового типа принадлежат Тим-Пиут (Невада) и Канни-ван-Галч (Монтана). Другие примеры описаны в разделе о молибденовых скарнах.

Интрузивы типа S, связанные с поздней орогенической стадией, имеют гранитовый состав; комагматичные вулканические породы или широкие метаморфические ореолы редки. Плутоны обычно сложены грубозернистой породой, содержат темно-серые кварцевые мегакристы, миаролитовые пустоты, пегматитовые линзы и подвержены грейзенизации. Ассоциирующиеся с ними скарны разрабатываются главным образом на олово, хотя присутствуют обычно и другие элементы, которые могут представлять экономический интерес. К последним относятся Be, В, F, Bi, W, Cu, Zn, Pb и U. Лучшими известными примерами являются Лост-Ривер (Аляска) и Мойна (Тасмания). Другие примеры описываются в разделе, посвященном оловянным скарнам.

Хотя скарновые месторождения могут быть сгруппированы по их тектоническому положению, общая картина, представленная выше, крайне схематична и при современном уровне наших знаний все еще довольно умозрительна. Распределение скарновых месторождений зависит от размещения карбонатных пород. Таким образом, проявления скарнов могут быть спорадическими, а в некоторых крупных областях орогенических поясов они совсем отсутствуют или очень редки, например в медно-порфировых поясах северного Чили, Казахстана и на многих энсиматических островных дугах, где плутоны внедрялись в вулканические породы. Немногие орогенические gояса содержат значительное количество скарновых месторождений, о месте которых в металлогеническом цикле идут жаркие споры. Интересным исключением является кайнозойская дуга юго-западной Японии; мы выбрали эту площадь, чтобы показать всю сложность обсуждаемой проблемы.

Распределение скарнов в пространстве и во времени на территории Японии. Исихара и Симадзаки показали, что существует определенная закономерность в пространственно-временном распределении скарновых месторождений во внутренней зоне юго-западной Японии. Скарновые месторождения связаны с энсиалической островодужной системой позднемелового — эоценового возраста. Магматические породы, внедрявшиеся в течение этого периода, относятся к гранитоидам магнетитового ряда, а их первичные отношения 87Sr/ 86Sr (0,704—0,710) и значения b18О (5,5— 8,0) сравнимы с аналогичными характеристиками плутонов, связанных с субдукцией и расположенных на окраинах других континентов. Обычно считают, что эти плутоны заключают в себе как мантийные, так и коровые компоненты, поступавшие из соответствующих источников в данном районе. Мезозональные гранодиориты позднемелового — средне-палеоценового возраста (95—60 млн. лет) расположены преимущественно на океанической стороне, где в результате поднятия удалены все вулканиты, и скарны разрабатываются в основном на медь; в вольфрамит-кварцевых жилах среди гранодиоритов имеется немного вольфрама. Этот пояс составляет Сu(-W)-скарновую провинцию, лежащую в пределах W-Sn-Cu-провинции, выделенной Исихарой. По направлению к средним кратонным частям Внутренней зоны преобладающими среди магматических пород становятся субвулканические кварц-монцонитовые порфиры также позднемелового — среднепалеоценового возраста, с которыми ассоциируются Zn(-Pb)-скарныi. Более молодые гранитоиды, в основном эоценового возраста (60—40 млн. лет), содержат жильные месторождения молибдена и занимают ту же самую позицию в орогене, что и Zn(-Pb)-скарны. Они входят в Mo-Zn-Рb-провинцию Исихары. Размещение оловосодержащих скарнов ограничено поясом миоценовых гранитов Внешней зоны юго-западной Японии.

Ясно, что в юго-западной Японии металлогеническая зональность не является результатом закономерного пространственного распределения разных типов магм, имеющих различные глубины плавления, вдоль стабильной длительно развивавшейся зоны субдукции. Скорее всего это — следствие нескольких различных тектонических режимов, возникавших в течение периода, длившегося свыше 70 млн. лет, и ознаменовавшихся наложением серий магматических и рудных образований разных типов. Существует мнение, что истинное зональное расположение Cn(-W)- и Zn(-Pb)-cкарнов существовало в течение одного цикла субдукции в интервале времени между 95 млн. лет и 60 млн. лет; при этом полагают, что в качестве причины создавшейся картины зональности уровень эрозии можно исключить. Однако, как было указано Силлитое, Мо-месторождения Mo-Zn-Pb-провинции моложе и могут быть связаны с надвиганием на хребет Кула Японской дуги в какой-то момент времени между 80 млн. лет и 60 млн. лет назад. Сходный механизм перехода от медной минерализации к молибденовой был предложен для западной части Северной Америки. Третья, совершенно иная петротектоническая обстановка может быть предложена для оловянных скарнов Внешней зоны. Магматизм может быть связан или с уменьшением скорости субдукции под юго-западную Японию, когда направление движения Тихоокеанской плиты изменилось с северо-северо-западного на северо-западное примерно 40 млн. лет назад, или с завершением субдукции и началом развития правосторонних трансформных разрывов, когда Японское море становилось открытым (как это было установлено многими авторами) в ранне-среднетретичное время. В любом случае гранитоиды Внешней зоны юго-западной Японии отчетливо более кислые, чем такие же породы во Внутренней зоне, и относятся к ильменитовому ряду. Хотя первичные отношения 87 Sr/86Sr и величины b18O не столь однозначно высоки, есть основания полагать, что эти гранитоиды образовались в континентальной коре.

Выводы. Распределение скарновых месторождений по крупным группам на петротектонической основе полезно при геологической съемке больших территорий, а также для выявления сходства между месторождениями в тех случаях, когда мы располагаем ограниченными полевыми данными. Однако более детальное изучение скарнов должно выявлять различия между отдельными месторождениями (впрочем, как и сходство). Таким образом, желательно характеризовать группы скарновых месторождений по их составу, минералогическим и геохимическим свойствам. Как полагал Нопф, наиболее полезными классификациями скарновых месторождений являются те, в основу которых взяты доминирующие металлы. К наиболее важным как по запасам, так и с научной точки зрения относятся те скарновые месторождения, которые разрабатываются на руды Fe, W, Cu, Zn — Pb, Mo и Sn. Каждый тип характеризуется отчетливым петротектоническим положением, как об этом было уже сказано в предыдущем разделе, а также определенной минеральной и магматической ассоциациями, что в кратком виде отражено в табл. 1.





Яндекс.Метрика