10.03.2021

Докембрийские карбонатно-фосфатно-галогенные отложения как источник летучих, серы и щелочей для образования гидротермальных и метасоматических месторождений


Значение осадочно-метаморфических толщ и связанных с ними (пространственно и генетически) разнообразных, многочисленных и часто очень крупных месторождений полезных ископаемых, как известно, очень велико. В России и за рубежом довольно разносторонне разработаны теоретические основы металлогении осадочно-метаморфических пород, вытекающие из обширных и многолетних полевых наблюдений и лабораторных исследований и уточненные с помощью расчетных данных и экспериментов в большом диапазоне температур, давлений и составов.

1. На примере многих элементов (Fe, Cu, S, В, Р, TR, Cорг и др.) удается проследить геохимическую наследственность в ряду осадочных — метаморфических — гидротермальных — палингенных образований. Нами было показано, что металлогения сиалической земной коры, в основном, обусловлена составом осадочно-метаморфических, преимущественно докембрийских толщ.

При этом одни седиментогенные рудные концентрации, генетически связанные с развитием и переотложением древнейших кор выветривания или с биологической и геохимической активностью органического вещества, в зоне метаморфизма сохранились, испытав изоминеральную или изохимическую перекристаллизацию и более или менее значительные текстурно-структурные преобразования; другие, наоборот, были разубожены или совсем уничтожены; третьи впервые (метаморфогенно) возникли в результате концентрации (вдоль слоистости, в жилах и штокверках в зонах разломов и трещиноватости, путем замещения карбонатных и других пород) рассеянного ранее в осадочных или метаосадочных толщах рудного материала под влиянием гидротерм, динамотермальных, контакт-метасоматических и инъекционных магматических воздействий; четвертые представляют собой регенерированные образования, перемещенные, например, вдоль пластовости или вертикально (из одного структурного яруса в другой) с помощью гидротерм, интрузивных и вулканических внедрений, нередко даже с образованием при этом анатектических (плутоно-вулканических) рудных магм (магнетитовых, апатитовых, карбонатных и др.) и парагенетически сопряженных с ними гранитоидных, сиенитовых и других силикатных магм; пятые обязаны своим происхождением активным, обильным и долгодействующим щелочным (К—Na)-растворам в зонах тектонических напряжений и палингенеза и выносящим впереди фронта и на флангах щелочного метасоматоза и гранитизации редкие, малые, цветные и другие элементы, освобожденные из изоморфного, сорбционного и механически-дисперсного рассеяния в осадочно-метаморфических толщах и образующие свои собственные минералы и рудные тела.

Из ряда вопросов и проблем осадочно-метаморфического рудообразования мы остановимся сейчас на металлогеническом значении древних карбонатных, фосфатных и соленосных пород, а также на рудотранспортирующей и рудоконцентрирующей роли летучих веществ (агентов-минерализаторов) осадочного происхождения.

2. Наряду с «типичными карбонатитами», которые многими геологами считаются обособлениями от ультраосновных щелочных магм, связанных с верхней мантией, безусловно, в материковой земной коре имеются и, по-видимому, резко преобладают «карбонатитоподобные» образования осадочного происхождения. Они возникли за счет тектоно-гидротермальной и анатектической переработки пластовых или линзовидных стратифицированных известняково-доломитовых толщ, представляющих собой практически неисчерпаемый источник CO2 и углекислых растворов в контакт-метасоматических и гидротермальных процессах и почти всегда содержащих фтористые минералы (флюорит, фтор-апатит), или за счет соленосных формаций, где они находятся вместе с ангидритами и хлористыми солями натрия, калия, магния, входящих в состав соленосных формаций.

Нередко «интрузивный» характер карбонатитоподобных образований связан с пластическими деформациями и выжиманием в седлах складок и в трещинных зонах известняков и доломитов, подвергшихся термальному и динамическому воздействию с образованием диапироподобных и будинаж-структур и жильно-гидротермальных тел, однако часто сохраняющих реликтовые признаки седиментации или пространственную и геохимическую связь с карбонатными и сопровождающими их осадочными сериями. Углекислые, фтористые и хлористые метаморфические гидротермы вызывали при этом мобилизацию, переотложение и в ряде случаев концентрацию не только редкометальных (редкоземельных, тантало-ниобиевых, циркониевых и др.), но и бариевых и стронциевых, а также фосфатных (апатитовых) и железистых (магнетит) минералов как из самих карбонатных толщ, так и из вмещающих гнейсов и сланцев. Так, восточноалданские карбонатитоподобные образования (Арбарастах, Кондер и др.) пространственно и генетически связанные с архейскими кальцифирами, магнетитовыми рудами, людвигитовыми и редкоземельными проявлениями, сами содержат (наследственно) концентрации магнетита и выделения редкометальных минералов и людвигита. С карбонатитами ультраосновного — щелочного комплекса Палабора в Южной Африке связаны даже (по-видимому, извлеченные из седиментогенных боковых пород) уникальные и совсем не свойственные «типичным карбонатитам» промышленные месторождения меди, главным образом, в виде халькопирита и борнита; в них имеются значительные выделения магнетита и апатита, но нет ни ниобия, ни редких земель.

Очень интересны в генетическом отношении апатитоносные карбонатитоподобные породы на Чадобецком поднятии в Сибири, где секущие рифейскую терригенно-карбонатную осадочную толщу слюдистые перидотиты и пикритовые порфириты в своих зальбандах содержат апатитовые оторочки, которые генетически явно связаны с составом прорванных ультраосновной магмой фосфатизированных осадочных пород.

Ассимиляция же известняков и доломитов привела на последних этапах магматического процесса к автометасоматической карбонатизации секущих жильных ультрабазитов (особенно в их апикальных зонах) и к образованию (на их продолжении) в итоге мобилизации осадочного карбонатного материала гидротермальных жил типа карбонатитов, содержащих пирохлор и другие акцессорные редкометальные минералы. Эта генетическая концепция получила подтверждение и в результатах изотопного анализа углерода: в чадобецких «карбонатитах» значительно больше изотопа С13, чем в карбонатитах из других провинций, а во вмещающих карбонатных пластах содержание С13 существенно снижено по сравнению со средним для осадочных пород, т. е. карбонатитоподобные жилы Чадобецкого поднятия заимствовали карбонатный материал из известняков и доломитов.

Подобным же образом следует рассматривать недавно описанные в Северной Норвегии карбонатные пироксениты, которые образуют тектонические линзы мощностью от 3 до 50 м, всегда согласно расположенные в узких зонах среди регионально-метаморфизованных в альмандин-амфиболитовой фации каледонских пород (гранат-кианитбиотитовых гнейсов, параамфиболитов, известково-силикатных мраморов). Интрузии дунитов или перидотитов в контактах с кальцифирами вызывали обильное выделение СО2 и обогащенных SiО2 газов, а в результате возникали ассоциации, богатые энстатитом и магнезитом (магнезитовые ортопироксениты и образующие в них линзы оливиновые магнезиты) по реакциям: форстерит+СО2 —> энстатит+магнезит; форстерит+SiO2 —> энстатит.

Важно напомнить, что экспериментально получен карбонатный легко подвижный расплав при 675°С и 1000 бар или 640°С и 4000 бар, но температура плавления сильно снижается от добавления в систему магния, а также фтора, т. е. очевидна возможность выплавок и дифференциации природной многокомпонентной палингенной карбонатной магмы на кальцитовую, доломитовую, сидеритовую.

В системе глубинных разломов и рифтовых зон, которые могут служить путями продвижения к поверхности мантийного материала, карбонатиты отсутствуют на огромных пространствах дна Индийского океана и широко развиты на континенте вдоль восточно-африканских разломов, где карбонатные осадочные породы широко распространены и вовлечены в динамотермальную переработку с образованием даже карбонатных лав (Кения и др.). В частности, в рифтовой зоне северо-восточного направления в бассейне р. Замбези в Северной Родезии (Mid-Zambezi — Luangwa Rift) имеются как неизмененные, так и пластически деформированные и «интрузивные» известняки и связанные с ними гидротермальные метаосадочные карбонатные жилы в районах Кишиа и Мквизи, а примерно в 20 км вдоль той же зоны наблюдаются уже «типичные» карбонатиты в комплексе со щелочными сиенитами; последние, очевидно, представляют собой результат ассимиляции гранитоидами осадочного карбонатного материала или это щелочные выплавки из пород, богатых карбонатами и фтором.

Рассматривая условия формирования фосфоритов и апатитовых руд в осадочно-метаморфических толщах земной коры, удается проследить на конкретных геологических примерах эволюционный генетический ряд месторождений — осадочных, метаморфических, гидротермальных и палингенных.

Апатитсодержащие (в среднем 15% апатита) магнетитовые руды Центральной и Северной Швеции обоснованно рассматриваются как палингенные, геохимически во многом сходные с фанерозойскими фосфористыми железняками. Эти руды обычно сопровождаются щелочными сиенитами, но геологическая связь между ними вторична: гранитная магма вплавила богатый железом и карбонатами осадочный материал, что и привело к парагенезису рудной и нерудной фракций.

Знаменитые хибинские (девонские) апатитовые месторождения и сопровождающие их щелочные породы образовались, по-видимому, в результате глубинного плавления богатых фтором фосфатно-карбонатных и вмещающих алеврит-пелитовых и мергелистых пород или они результат инъекции гранитов в зону этих мощных и богатых фтором фосфоритов, которые были формационно, как и во многих других районах мира, связаны изначально с известняками и доломитами.

Присутствие в апатит-нефелиновых и в сопутствующих щелочных породах редких элементов, а также битуминозных веществ связано, очевидно, с материнской фосфоритоносной осадочной толщей, содержавшей обычные примеси — глауконит, пирит, органический углерод.

3. Исследования архейских седиментогенных толщ иенгрской серии Алданского щита уже давно привели нас к выводу, что развитые среди них диопсидовые, скаполитовые и диопсид-скаполитовые кальцифиры и плагиоклазовые гнейсы с почти мономинеральными скаполитовыми прослоями и линзами представляют собой результат метаморфизма соленосных (карбонатно-сульфатно-хлоридных) и засоленных древних осадков, т. е. галогенные формации характерны не только для палеозоя и мезо-кайнозоя, не только известны среди мало измененных осадочных толщ верхнего протерозоя, но имели широкое распространение и в глубоко метаморфизованных сериях древнейших седиментогенных пород, вплоть до нижнего архея.

В скаполите главным образом фиксируются основные солевые компоненты — Na, Cl, SO3, CO2, F, H2O и др. На Алдане скаполит как бы продолжает метаморфогенную кристаллизацию плагиоклазов, а гастингсит — пироксенов при понижении температуры и накоплении в породе избытка «летучих» веществ осадочного происхождения. Это, в частности, вызывало в этих слоях регрессивный метаморфизм, в результате чего наблюдается своеобразное переслаивание пород, соответствующих то амфиболитовой, то гранулитовой фациям. Местами в таких породах найдены на Алдане вкрапления и прослойки сингенетичного сиреневорозового ангидрита, а изотопный состав серы из минералов иенгрских пород показал ее изначально сульфатный характер и биогенное изотопное фракционирование, т. е. в архее здесь существовал прибрежно-морской и лагунный режим и шло накопление бороносных солей и (потом графитизираванной) органики, обусловившей и биогенную сульфатредукцию, и восстановительную среду для образования развитых здесь пластовых магнетитовых руд за счет гидроокисных и других железистых осадков.

К настоящему времени по одновозрастным породам Прибайкалья, а также в пределах Скандинавии, Канадского и Австралийского и Мадагаскарского щитов получены данные, говорящие о существовании там также карбонатно-сульфатно-соленосных формаций еще в раннем архее, т. е. около 3 млрд. лет назад. В частности, скаполитовые и скаполитсодержащие породы на юге Мадагаскара тесно ассоциируют или переслаиваются с пироксеновыми гнейсами, и парапи-роксенитами, которые при изохимическом метаморфизме могут быть производными древних магнезиальных мергелей: в архейской системе Андроен они образуют согласные прослои и пласты — редкие и тонкие среди кордиеритовых, метаграувакковых и метааркозовых серий и многочисленные и мощные среди богатых скаполитом гнейсов и кальцифиров; местами в них рассеяны зерна ангидрита, и по условиям залегания и геохимической однородности всей гнейсовой толщи осадочное происхождение пироксен-скаполитовых пород (лишенных к тому же Cr и Ni) не вызывает сомнений.

4. Метаморфические преобразования, как известно, вызывают, прежде всего, вынос из осадочных пород вместе с поровой и пленочной водою легкорастворимых солей. Как показали эксперименты, при повышении температуры (выше 60°С) из смеси хлоридов щелочных металлов преимущественно растворяется KCl, и обогащенные калием рассолы в ряде случаев обособляются от хлор-натриевых. В связи с этим отметим, что некоторые южномадагаскарские пласты парапироксенитов, без нарушения условий и формы залегания (мощности, взаимоотношений с боковыми породами), содержат аутигенную (местами промышленную) флогопитовую минерализацию с кальцитом и скаполитом или битовнитом, иногда также ангидрит, апатит, флюорит и сульфиды (пирротин, молибденит, халькопирит). В некоторых районах флогопитоносные пироксенитовые пласты расположены кулисообразно, свидетельствуя о накоплении материнских древних осадков типичной засоленной (богатой калием) фации в заливе, закрывающемся на севере.

В Алданском архее, кроме метасоматических (по диопсиду или гастингситу) и собирательно перекристаллизованных в контактах с аляскитовыми гранитами магнезиально-железистых слюд, также имеются первичные флогопиты, образовавшиеся в условиях регионального метаморфизма за счет богатых калием (засоленных) глинисто-карбонатных (мергелистых) осадков: они тонкослойно чередуются с кальцифирами, а местами (слюдиты) переслаиваются при наличии четких границ с пироксеновыми и роговообманковыми сланцами, с магнетитовыми рудами.

Таким образом, соленосностью и засолением древних исходных осадков обусловлены не только ресурсы натрия и связанные с этим процессы дальнейшей аутигенной или метасоматической скаполитизации и альбитизации, но и ресурсы калия и связанные с ними процессы сингенетичного метаморфогенного флогопито- и биотитообразования, а также эпигенетической флогопитизации и микроклинизации, которые особенно активизировались под влиянием термодинамических (тектонических) и магматических (в том числе палингенных) факторов.

В связи с процессом древнего солеобразования на определенных стадиях и в соответствии с геохимической спецификой отдельных провинций, в лагунах и остаточных морских бассейнах, в осадках и подземных рассолах, в рифтовых зонах концентрировались не только Na, К и Mg, Cl и F, но и Be, Cs, W, Sn, В, Li и др. На дальнейших этапах геологического развития происходило их перераспределение (под влиянием гидротерм, трещинных образований, интрузий, деятельности организмов, селективной сорбции, изменений окислительно-восстановительного режима и др.) и в ряде случаев — создание промышленных концентраций.

Следует отметить, например, не имеющие никакой пространственной ,и генетической связи с изверженными гранитоидными и т. п. породами или пространственно связанные с пегматоидными инъекциями слюдиты Трансвааля, Бразилии и Урала (Be, TR, В, W), Сибири (Cs), Дальнего Востока (Sn, В) и др.

Большое влияние, очевидно, оказали докембрийские сульфатносоленосные отложения и связанные с ними рассолы (2200—1700 млн. лет и менее) на формирование стратиформных свинцово-цинково-медных месторождений, размеры которых возрастали с переходом от более древних к более молодым отложениям. Брокен Хилл и другие в Австралии, Сулливан — в Кимберли (Канада) по способу накопления являются осадочными, но по источнику рудного вещества представляют, по-видимому, смешанные образования — осадочные дифференциаты и вулканогенные отщепления от верхней мантии: австралийские месторождения обособились вдоль краев континента, нередко в обстановке пересыщенных соляных растворов, канадское «возникло в докембрийской рифтовой зоне в условиях, сходных с теми, которые преобладают в областях горячих рассолов современного Красного моря..., т. е. при обилии хлоридов и сульфатов, необходимых для переноса и служащих источником серы для сульфидов (через биогенную сульфатредукцию? — Д. С.) в таких месторождениях».

К этому необходимо добавить, что еще в голоценовое время Красное море через мелководный пролив было связано с удлиненным бассейном впадины Данакиль (Пьяно-дель-Саль) в восточной Эритрее (Эфиопия), образование которой сопряжено с формированием Восточно-Африканской рифтовой системы. Бассейн этот имел в длину около 225 км, в ширину — до 30 км; дно его, на глубину до 1—2 км сложенное пластами ангидрита и галита с местными (может быть, вторичными) обогащениями солями калия и магния, расположено на 120 м ниже дна Красного моря, от которого он отделен низким и узким хребтом (дамбой) из кайнозойских лавовых потоков. Глубина бассейна много превышала 200 м, и Пьяно-дель-Саль, находясь в области с исключительно жарким и сухим климатом, представляет почти идеальную модель глубоководного эвапоритового бассейна.

Связь процессов образования и накопления сульфидных руд меди и других цветных металлов с биогенной сульфатредукцией гораздо более наглядно наблюдается в малоизмененных фанерозойских отложениях. Так, в верхнепермских (цехштейновых) толщах Польши и Западной Европы хорошо известны и устойчиво наблюдаются закономерные циклы из медистых и битуминозных сланцев, доломита, ангидрита, галита и калиевых солей, а в девонских отложениях северо-западного Карамазара в Средней Азии в течение последних 15 лет хорошо изучена металлогеническая связь (в отношении источника серы) медно-молибденовых и свинцово-цинковых сульфидных месторождений и рудопроявлений с осадочными сульфатами (главным образом, ангидритами).

Важно в связи с изложенным отметить, что вскрытый глубокой скважиной в долине Империал (Калифорния) высокотемпературный хлоридный натриево-кальциевый рассол (270°С) с высоким содержанием К, Li, Mn, Ni, Cu, Pb, Zn, Ag, В, Ba, Sn и имеющий также Au, Be, As, Bi, Ga, Sb и другие элементы, как убедительно показал С.И. Смирнов, отнюдь не является рудоносным магматическим флюидом, а по всем геохимическим и геолого-генетическим показателям ничем не отличается от рассолов соленосных седиментационных бассейнов и связан с эвапоритами, обогащенными калием и тяжелыми элементами.

5. Распространенность метаморфизованных первично соленосных пород в архейских толщах Земли очень велика. В Алданской и Байкальской областях скаполитсодержащие породы занимают по нескольку тысяч квадратных километров, суммарные мощности их достигают сотен метров, а при содержании только 2% хлора «общие запасы» этого летучего компонента будут исчисляться миллиардами тонн. В районе горы Иза в северо-западном Квинсленде в Австралии в трех полосах скаполитоносных седиментогенных пород длиною 8 км насчитывают хлора около 500 млн. т. Занимаемая скаполитовыми породами площадь только в провинциях Квебек, Онтарио, Нью-Йорк (Канадский щит) достигает 100 тыс. кв. миль. Почти во всех эндогенных месторождениях включения рудообразующих растворов содержат (кроме CO2) хлористый натрий, фтористый кальций. Рассеянные («свободные») и даже уже зафиксированные в седиментогенных скаполитах (амфиболах и слюдах) галоиды и щелочи под влиянием метаморфизма и гранитизации вновь могли мигрировать и участвовать в гидротермальных и скарново-метасоматических процессах, т. е. поступали в фонд активных агентов-минерализаторов, которые извлекали из рассеяния, переносили и концентрировали рудный материал.

6. Фтор, так же как и хлор, часто связан с карбонатными (известняково-доломитовыми) и сульфатно-галогенными толщами и их метаморфическими производными. В морских лагунах и реликтовых бассейнах фторсодержащие рассолы на последних стадиях выпадения доломита выделяют дисперсные фазы флюорита или фтор-апатита, очень редко с вагнеритом Mg2(PO4)F или изокитом CaMg(PO4)F. Особенно значительны (предваряющие садку гипса) седиментогенные выделения флюорита при повторном выпаривании и концентрации природных рассолов. Вот почему доломиты, реже ангидриты и еще в меньшей степени растворимые соли содержат в себе рассеянную вкрапленность или прерывистые прослойки фтористых минералов. Следующие за седиментацией этапы диагенеза, тектоно-магматической активизации, палингенеза и гидротермальной деятельности все вызывали мобилизацию, собирательное (возрастающее на каждой новой геологической стадии) перераспределение фтора, вплоть до формирования в благоприятных структурных условиях почти сплошных линзовидно-гнездовых тел, штокверков или жил фторсодержащего минерала (флюорита или фтор-апатита). При этом в платформенных и геосинклинальных зонах широко образовались легкоподвижные фторсодержащие металлические комплексы, которые после перемещения и концентрации таких, например, элементов, как (редкие земли, олово, бериллий и др., со снижением температуры и давления быстро распадались, а фтор вновь в виде фтористого кальция сохранялся почти на той же самой территории, проявляя своеобразную геохимическую оседлость. Терригенные и (осадочные) геологические формации (например, в Андах, Калифорнии, в Казахстане, на Дальнем Востоке и др.) могли быть и были фтороносными еще задолго до развития в них гидротермальной рудной минерализации.

С рудотранспортирующей ролью фтора, очевидно, следует связать образование таких пневмато-гидротермально-метасоматических месторождений фтор-карбонатов редких земель, как в районе Бастнез в Центральной Швеции. Здесь фтор, по-видимому, извлекал редкие земли из вмещающих гнейсов и сланцев, где они находились на обширной территории в виде рассеянных ортита, сфена или монацита. Их вторичная, уже промышленная, концентрация в доломитах минералогически представлена метасоматическим фтористым Mg-ортитом и главным образом бастнезитом и др. Трудно сомневаться в участии фтора осадочного происхождения также и в формировании восточно-сибирских редкометальных месторождений (в зонах разломов, смятия, щелочного метасоматоза и широких проявлений палингенных процессов) на стыке протерозойских и архейских складчатых зон.

С нарастанием объема и интенсивности метасоматических преобразований, кроме минералов Zr и Hf, Ce и Y, здесь появляются тантал-ниобиевые и, наконец, бериллиевые минералы (берилл и гадолинит), причем генетически показательно присутствие на разных стадиях минералообразования фтористых соединений: криолита, фтор-апатита, флюорита, фтор-пирохлора, бастнезита, иттрофлюорита, флюоцерита, гагаринита и др.

Необходимо указать еще одну минералого-петрографическую форму нахождения и концентрации фтора в докембрийских осадочно-метаморфических толщах: это — топаз [Al2SiO4 (F, ОН)2], содержащий более 10% (весовых) фтора и входящий в число первичных породообразующих минералов силлиманит-топазовых или топазовых кварцитов и сланцев, отчетливо стратифицированных и широко распространенных на территории Танзании и Кении (Восточная Африка), где они прерывисто прослежены на протяжении около 200 км. Количество топаза в отдельных слоях и пачках регионально метаморфизованных (в гранулитовой фации) докембрийских кремнисто-глинистых осадков, обогащенных фтором, колеблется от нескольких процентов до 70%, причем топазсодержащие породы согласно залегают и переслаиваются среди графит-силлиманит-альмандиновых, силлиманитовых или кианитовых сланцев и кварцитов, обнаруживая резкие или постепенные переходы к безтопа-зовым разностям седиментогенных пород.

При широком распространении фторсодержащих пород мы получим громадные количества этого агента-минерализатора, происшедшего (вместе с хлором, бором и др.) изначально или из первичной коры и верхней мантии, или сконденсировавшегося из паров и химически сложных дымов раннегеологической атмосферы Земли.

Таким образом, не только громадные количества минерального вещества при процессах рудообразования берутся из осадочных и осадочно-метаморфических толщ, но и большие массы летучих («агентов-минерализаторов» — CO2, H2O, F, Cl и др.) имеют своим источником эти же первично осадочные толщи — дополнительно к тому материалу, который поступал из ювенильно-магматических (верхнемантийных) источников, главным образом, на ранних геологических этапах развития Земли, а также в зонах глубинных разломов и вулканической деятельности в более поздние геологические периоды.





Яндекс.Метрика