Геология важнейших по составу групп колчеданных месторождений

Стратифицированные колчеданные месторождения вулканической ассоциации широко распространены в мире и встречаются во всем интервале геологического разреза. Самые древние рудопроявления сульфидной минерализации, принадлежащие к этому классу, зафиксированы в Гренландии среди супракрустальных пород пояса Исуа, имеющих возраст более 3700 млн. лет, и в Западной Австралии среди вулканических пород блока Пилбара, возраст которых превышает 3400 млн. лет. В качестве самых молодых месторождений могут рассматриваться ныне действующие черные дымы, обнаруженные в системах рифтовых хребтов на дне Тихого океана; зарегистрировано по меньшей мере 420 месторождений этого типа. Немногочисленные описания месторождений России являются достаточно детальными, подтверждающими корректность настоящей классификации, а переводы литературы из КНР представляются в целом ограниченными. Вместе с тем фактически каждая крупная тектоническая провинция, имеющая в качестве важной составной части субмаринные вулканические породы, содержит по крайней мере небольшие месторождения этого типа. Рассматриваемые месторождения являются важными источниками меди и цинка; они содержат значительные количества свинца, серебра, золота, селена, олова и висмута, а также примесные количества многих других металлов. Согласно нашей сводке данных по тоннажу и содержаниям (добыча и запасы), суммарно эти месторождения заключают по меньшей мере 3,6*10в7 т меди, 8,6*10в7 т цинка, 2,2*10в7 т свинца2, 6,3*10в10 г серебра и 2,2*10в9 г золота. Это, безусловно, минимальные цифры, поскольку сведения о запасах для каждого данного рудника в отдельности обычно не корректируются, а данные по новым месторождениям, равно как и данные по месторождениям социалистических стран, не опубликованы.

Колчеданные месторождения вулканической ассоциации — важное подразделение в более общем классе колчеданных месторождений. Как генетический тип колчеданные месторождения 25 лет назад были неизвестны; например, этот генетический тип не упоминается в юбилейном сборнике, посвященном 50-летию журнала Economic Geology. Однако в конце 1950-х годов стратиформные сульфидные месторождения были выделены как самостоятельная группа, а к 1965 г. сложилась четкая картина облика этой группы месторождений. Хотя ниже мы приводим обзор группы месторождений вулканической ассоциации как в описательном, так и в генетическом аспекте, мы рекомендуем читателю познакомиться с фундаментальными сводками Сангстера, Хатчинсона, Сангстера и Скотта, Соломона, Клау и Ларжа.

Определение. Колчеданные месторождения являются стратифицированными и частично стратиформными сульфидными скоплениями, в нормальном случае содержащими в своих стратиформных частях как минимум 60% сульфидных минералов. Стратиформная часть может включать до 100% всех имеющихся сульфидов, однако на многих месторождениях в качестве существенной компоненты, преимущественно в подстилающих слоях, присутствует секущая сульфидная минерализация жильного типа — прожилково-вкрапленная зона. Колчеданные месторождения могут находиться фактически в любых супракрустальных типах пород, однако преобладающими вмещающими их образованиями являются вулканические, а также пелитовые и полупелитовые слои. Месторождения содержат почти вездесущие сульфиды железа в качестве доминирующего сульфидного образования, и также один или несколько главных промышленных минералов — сфалерит, халькопирит и галенит.

В этой статье мы рассмотрим лишь колчеданные месторождения вулканической ассоциации пород. Как будет показано ниже, состав, а также геологическая позиция позволяют разделить класс колчеданных месторождений на две отчетливые группы: группу, связанную с вулканической ассоциацией, и группу, приуроченную к сланцевым толщам. Примерами второй группы являются такие стратиформные свинцово-цинковые месторождения, как Мак-Артур-Ривер в Австралии и Салливан в Британской Колумбии. Вопрос о соотношениях между двумя группами обсуждался также Клау и Ларжем и Ларжем.

Группа вулканической ассоциации включает не только месторождения, залегающие исключительно среди вулканитов, но также и те, которые располагаются среди осадочных пород, отложившихся в условиях доминирующего вулканического режима. Например, месторождения Бесси в Японии непосредственно приурочены к пелитам, залегающим, однако, в вулканитах основного состава. Месторождение Раттен в Манитобе (Спикмен и др., в печати), хотя и находится целиком в граувакках, также должно быть включено в класс месторождений вулканической ассоциации, поскольку эта осадочная толща является составной частью среднедокембрийского вулканического комплекса. Медно-цинковые месторождения района Дактаун в Теннесси представляют собой крупные пирротиновые колчеданные залежи среди высокометаморфизованных пород, образовавшихся преимущественно за счет граувакк. Наиболее важной особенностью месторождений, относятцихся к классу месторождений вулканической ассоциации, является то, что их формирование должно было сопровождаться близкоодновременным вулканизмом, а вулканические породы должны представлять значительную часть стратиграфического разреза окружающих толщ.

Некоторые термины, употребляемые в последнее время для характеристики колчеданных месторождений, могут восприниматься критически как не совсем подходящие или неточные; тем не менее они могут оказаться полезными при описании окружающей обстановки или генетических процессов и поэтому приводятся в контексте настоящей статьи.

1. Эксгаляционные руды. Эксгаляция определяется как газовая эманация, однако применительно к колчеданным месторождениям, особенно в новейшей литературе, термин включает и представление о флюидных образованиях. Термин «эксгаляционный» может быть использован в широком смысле для обозначения всех способов локализованных выбросов флюидов в гидросферу или атмосферу из литосферы. Ридлер предложил называть продукты эксгаляционных процессов эксгалитами, однако мы избегаем использовать этот термин из-за его прямого генетического значения и обычно неточного употребления.

2. Проксимальные и дистальные месторождения. Проксимальные месторождения — это те месторождения, которые находятся непосредственно над местом выхода эксгаляции или близ него, тогда как дистальные месторождения не имеют таких выходов. Эти термины не следует путать с терминами «проксимальные» и «дистальные вулканические и осадочные фации отложения», которые отражают отчетливо различимые обстановки седиментации, фиксируемые по структурным особенностям и различиям в составе соответствующих пород.

Классификация. Подразделение колчеданных месторождений на группы производится по-разному. Сангстер и Скотт, основываясь на ассоциациях окружающих пород, предложили разделение на три группы: 1) месторождения преимущественно в вулканической ассоциации, 2) месторождения преимущественно в осадочной ассоциации, 3) месторождения в смешанной вулканической и осадочной ассоциации. Хатчинсон предложил трехчленную классификационную схему, основанную на составе руд: 1) цинково-медные месторождения, являющиеся в основном архейскими по возрасту и локализованные в вулканитах; 2) цинково-свинцово-медно-серебряные месторождения, встречающиеся как среди вулканических толщ, так и в пачках чередующихся вулканических и осадочных пород преимущественно протерозойского и фане-розойского возраста; 3) медно-пиритовые месторождения, которые находятся преимущественно среди основных и ультраосновных вулканических пород обычно фанерозойского возраста. Классификация Хатчинсона основана не просто на составе руды, поскольку в качестве дополнительного классификационного критерия он использовал также окружающую среду.

Соукинс предложил четырехчленную классификационную схему, основанную на особенностях месторождений, в том числе на их составе и тектонической позиции (тип Куроко, кипрский тип, тип Бесси и тип Салливан). Соломон использовал в качестве классификационного критерия состав, разделив месторождения, залегающие в вулканических толщах, на три группы: цинково-свинцово-медную, цинково-медную и медную. Окружающие условия как дополнительный признак он не учитывал. При классификации месторождений в соответствии с составом преобладающих вмещающих пород Клау и Ларж предложили трехчленное разделение на следующие типы: основные вулканиты, кислые вулканиты и осадочные породы.

Таким образом, вышеприведенный краткий обзор выявляет два принципиальных подхода к классификации: расчленение по литологическому составу вмещающих пород (Сангстер и Скотт, Соукинс, Клау и Ларж) и по составу руд (Хатчинсон, Соломон). Каждый классификационный метод имеет свои преимущества. Удобство классификации, основанной на геологической обстановке (выраженной через литологию вмещающих пород), заключается в ее исключительной полезности как полевой систематики, поскольку основные стратиграфические элементы любого месторождения можно наблюдать и фиксировать на геологических картах. Преимущество выделения состава руды в качестве классификационного критерия состоит в том, что он может быть точно определен, поскольку этот параметр обычно хорошо известен для всякого промышленно значимого рудопроявления. Он может также более непосредственно отражать состав рудообразующих растворов и, следовательно, генезис месторождения.

Классификационная схема должна отражать природные группировки месторождений, которые в идеале должны опираться на генетическую основу. Диви и др. на примере из 201 колчеданного месторождения исследовали вариации состава руд в связи с составом окружающих пород по классификации Сангстера и Скотта, а также в связи с возрастом соответственно разделению, предложенному Хатчинсоном. Были учтены все месторождения, включая локализованные только в осадочных породах. Как это было отмечено и Хатчинсоном, месторождения, залегающие в осадочных породах, довольно четко отличаются от некоторых месторождений вулканической ассоциации более высокими содержаниями меди и более низкими — свинца, характерными для последней группы. Однако включение таких месторождений, как месторождения рудного узла Батерст, которые приурочены как к вулканическим, так и к осадочным породам и, по нашему определению, должны относиться к группе колчеданных месторождений вулканической ассоциации, существенно снижает возможность разделения групп по признаку окружающих пород.

Общие различия в составе, связанные с возрастом, которые были отмечены Хатчинсоном, выявились лишь с трудом при тестировании дискриминантной функции Диви и др. В целом лишь 65% месторождений для каждой из возрастных групп — палеозойской, протерозойской и архейской — оказались корректно разбитыми на дискриминантные множества по признаку увеличения содержания свинца и уменьшения содержания меди по мере снижения возраста. Увеличение объема данных на основе учета всех месторождений, расположенных вне Канады, вероятно, еще более уменьшит возможность расчленения месторождений различного возраста или геологического окружения по признаку содержания в них металлов. Например, месторождения Куроко в Японии расположены в участках преимущественного развития вулканитов и во многих отношениях сходны с канадскими архейскими месторождениями, однако последние отличаются существенно более низким содержанием свинца. Более того, вариации состава месторождений в зависимости от их возраста не могут служить объективным критерием, поскольку диапазон различий в окружающих обстановках архейских месторождений вулканической ассоциации определенно более узкий, чем это имеет место для их протерозойских и фанерозойских аналогов.

Соломон, используя лишь особенности рудоотложения, без особых затруднений отнес каждое из изученных им 50 месторождений к одной из трех выделяемых им групп. Он изучил вариации в составе вмещающих пород и нашел, что кислые породы встречаются почти в 50% месторождений, основные породы — почти в 30%, а остальные месторождения находятся в смешанном вулканическом окружении; 25% месторождений в этих трех литологических группах содержат более 5% осадочных образований в разрезе пород лежачего бока. Соломон исследовал соотношение между составами вмещающих пород и руд и установил, что цинково-свинцово-медные руды никогда не приурочены к участкам однообразного базальтового состава, что 70% месторождений группы такого состава приурочены исключительно к кислым породам, а подстилающие толщи 92% всех месторождений содержат многочисленные типы кислых пород. Этот автор сообщает, что в 50% месторождений цинково-медного типа породы лежачего бока имеют кислый состав, а в 30% — основной состав. 35% месторождений медного тина перекрывают только кислые породы, а 47% — только основные. Таким образом, результаты его исследований весьма сходны с результатами, полученными при анализе данных по группе канадских месторождений. Согласно этим данным, выявленный тренд выражен весьма слабо, хотя и существует общая корреляция между составом руды и составом вмещающих пород.

Поскольку классификационные схемы, основанные на составе вмещающих пород или учитывающие этот состав, достаточно несовершенны, предложение Соломона использовать состав руд кажется более удачным; однако оно нуждается в дальнейшей проверке, поскольку основано на ограниченном количестве данных. Такая классификация месторождений, использующая лишь данные состава, наиболее полезна, если составы руд образуют преимущественно дискретные группы, а не широкий непрерывный ряд.

На рис. 1 оконтурены содержания металлов для выборки стратиформных колчеданных месторождений всех типов. Проявляются четыре отчетливых кластера: 1) медные месторождения; 2) медно-цинковые месторождения, четко отделяющиеся от медных и растягивающиеся вдоль линии медь — цинк; 3) цинково-свинцово-медные месторождения; 4) свинцово-цинковые месторождения.

Разрыв между кластером меди и медно-цинковым кластером, вероятно, является искусственным и целиком лежит на совести рудничных геологов-статистиков: в интервале отношений меди к цинку от 9:1 до 7:3 содержания цинка слишком низки, чтобы их можно было фиксировать. Среднее содержание меди по 64 месторождениям в медном кластере составляет 3,17%; содержание цинка в разрыве при отношении меди к цинку 9:1 составило бы 0,36%, что ниже обычной минимальной промышленной величины. Проверка данных по двум крупнейшим группам месторождений медного кластера — на Кипре и в рудном узле Флин-Флон — Сноу-Лейк в Манитобе — указывает, что многие из разрабатываемых в настоящее время месторождений меди содержат от 0,5 до 1 % цинка. Мы допускаем, что подобные концентрации цинка были и в уже отработанных месторождениях, что, однако, не зафиксировано. Следовательно, предполагается наличие трех различных по составу групп: медно-цинковой, как комбинации медного и медно-цинкового кластеров, цинково-свинцово-медной и свинцово-цинковой. Последняя группа представлена главным образом месторождениями, локализованными в осадочных толщах, и поэтому в настоящей статье она не рассматривается. Как отмечал Соломон, дальнейшее подразделение двух оставшихся групп основывается на составе вмещающих пород и дает лишь ограниченный результат. В нашем описании, для того чтобы подчеркнуть различие и сходство месторождений, последние разделены на медно-цинковую и цинково-свинцово-медную группы.