Развитие взглядов на петрогенетический тип колчеданных месторождений вулканической ассоциации

Мысль о том, что отдельные колчеданные залежи являются осадочными, высказывалась давно. В XVIII в. Ромер и Клокманн наряду с другими исследователями рассматривали месторождения испано-португальского пиритового пояса в качестве осадочных образований, одновозрастных с окружающими их породами. Позднее синседиментационное рудо-образование, связанное с вулканизмом, было предложено для объяснения происхождения ряда типов руд от окисных фаций железистых формаций до сульфидов цветных металлов. Шнейдерхён в своем учебнике в качестве одного из типов месторождений выделил «субмаринные осадочно-эксгаляционные сульфиды».

Однако наибольший резонанс, по-видимому, вызвала статья Офтедаля, поскольку в вопросах, связанных с месторождениями вулканической ассоциации, на нее ссылались чаще, чем на какие-либо другие работы. Офтедаль высказал предположение, что эти месторождения, равно как и другие типы руд, сформировались за счет галоидных газов, прорвавшихся из резервуаров кристаллизующейся кислой магмы к поверхности морского дна, где они осаждались либо непосредственно в месте эксгаляций, либо позднее, после перехода в раствор, в морской воде. Взгляды Офтедаля основывались на его наблюдениях в Норвегии, где обычна пространственная ассоциация руд металлов и кислых вулканических пород. Более того, он придерживался мнения, что многие из так называемых кислых лав представляли собой в действительности спекшиеся туфы, игнимбриты и пеплопад, предполагающие высокоэксплозивный, а следовательно, и газовый тип вулканизма. В то время взгляды Офтедаля подверглись строгой критике как научно не обоснованные. Однако значительная часть критических высказываний была вполне обоснованной. Многое из того, что предлагалось Офтедалем, является неприемлемым в свете современных знаний или взглядов. В частности, это касается необходимости наличия гранитной магмы для сульфидной минерализации, переноса рудообразующих металлов в газовой фазе, генетического родства вулканизма с месторождениями типа месторождений долины Миссисипи, красноцветных медистых песчаников и медистых сланцев. С другой стороны, некоторые взгляды Офтедаля сохраняют свою силу. Так, до сих пор наличие кислых вулканических пород рассматривается как позитивный поисковый признак, а продукты эксплозивного вулканизма считаются характерной особенностью некоторых месторождений — «измельченные породы» Сангстера, различия между проксимальными и дистальными разновидностями месторождений вулканической ассоциации и, конечно, основополагающая предпосылка, что такие месторождения были сформированы в условиях океанического дна или близ мест разгрузки гидротермальной (современная формулировка) системы. Даже термин «эксгаляционный» пока еще широко используется.

Опыт Офтедаля иллюстрирует многие трудности, возникающие при создании радикально иных генетических моделей. Для того чтобы новая модель получила признание, ее следует убедительно обсудить и продемонстрировать; кроме того, необходимо низвергнуть принятые популярные и устойчивые взгляды как не имеющие права на существование. Как показывает исторический опыт, такое редко может быть достигнуто усилиями отдельной личности или одной публикацией.

Геология рудных месторождений в англоязычном мире в течение 1950-х и в начале 1960-х годов находилась под влиянием идей школы Линдгрена и догм о парагенезисах. Генетические интерпретации основывались главным образом на минералогических структурах рудных минералов, а полевые наблюдения интерпретировались в свете представлений о связи месторождений с глубинными зонами. Например, на симпозиуме 1959 г. по локализации и генезису колчеданных месторождений Канады большинство докладов были посвящены минеральным парагенезисам и соотношениям месторождений с разломами и интрузиями изверженных пород. Температуры формирования оценивались по сфалеритовому геотермометру Куллеруда или по структурам распада твердого раствора халькопирита в сфалерите или кубанита в халькопирите. Большая часть генетических построений следовала классической линии гидротермально-метасоматического замещения. Однако отдельные участники ставили под сомнение классическую интерпретацию. Уилсон и Андерсон, основываясь на детальном изучении отношений металлов в колчеданных месторождениях, высказали предположение, что рудные минералы отлагались из растворов одновременно, а не последовательно и что наблюдаемые парагенетические соотношения минералов возникли в результате их различных закалочных свойств. Стенстн, участник дискуссии по месторождениям Батерст, Нью-Брансуик, также считал, что парагенетическую последовательность минералов можно интерпретировать как результат образования метаморфических структур, в которых пирит и магнетит («ранние» минералы) развивались как идиобласты, а сфалерит, халькопирит и галенит («поздние» минералы) — как ксенобласты. Мак-Аллистер, основываясь на макро- и мегаскопической конформности сульфидных залежей Батерст по отношению к слоистости и пространственной приуроченности сульфидных тел к определенным литологическим пачкам, пришел к выводу, что руды являются осадочными.

Шесть лет спустя на аналогичном симпозиуме, проводившемся под эгидой того же института, акцент сместился на мегаскопические характеристики, и хотя большинство участников высказались по меньшей мере за частичное синседиментационное образование месторождений, часть авторов отдали предпочтение теории замещения. Мурхауз отмечал, что отсутствие структурного контроля и явное наличие стратиграфического контроля указывают на сингенетический генезис архейских сульфидсодержащих железистых формаций; он постулировал, что эти скопления сульфидов могли оказаться осадителями или источниками серы при наличии металлсодержащих растворов. Шарп отмечал, что секущие взаимоотношения в Маттагами указывают на то, что образование руды предшествовало многочисленным интрузиям изверженных пород и что интенсивность сульфидной минерализации (прожилковые и массивные руды) была однозначно асимметричной. По его мнению, минералообразующие растворы в процессе вулканизма поступали вверх и осаждали сульфиды близ поверхности физических (покровы лав или слои кремней) или химических (сингенетичные сульфиды железа) ловушек. Оба этих взгляда напоминали более ранние представления Стентона, согласно которым стратиформные руды Батерст, Новый Южный Уэльс, образовались путем замещения биогенно-осадочных сульфидов железа.

Ряд авторов предпочитали вариант простого сингенетичного образования. Роско опубликовал первый идеализированный разрез архейского колчеданного месторождения вулканической ассоциации, где акцентируется внимание на асимметрии как минералогических, так и текстурных особенностей руд и на протяженности зоны измененных пород лежачего бока (рис. 81). Указывая, что данные по изотопам свинцов Норанды и Маттагами свидетельствуют о том, что отложение руды предшествовало кеноранской орогении и что многие из микромасштабных эпигенетических соотношений в рудах могут быть объяснены пострудными деформациями и метаморфизмом, он настаивал на возможности того, что «месторождения имеют эпитермальную или фумарольную природу и образовались на или близ поверхности морского дна, где должны существовать самые высокие температурные градиенты, в пределах вулканического региона». По данным Хатчинсона, признаки локального масштаба, на которых основывалась теория гидротермального замещения, более восприимчивы к изменениям при деформациях и метаморфизме, чем крупномасштабные признаки, на которые не так влияют представления о радикальных преобразованиях. Крупномасштабное сходство между колчеданными месторождениями Кипра и Канады наводит на мысль об аналогичном происхождении этих месторождений. Опираясь в основном на описательную работу Бира, Хатчинсон обратил внимание на секущие соотношения между дайками, питавшими лавовые потоки, и сульфидными телами, что свидетельствует об одновозрастности последних с вмещающими лавами. Саффел, соглашаясь с Хатчинсоном (за исключением последнего положения, что месторождения представляют собой сульфидные лавовые потоки), вновь высказал предположение, что процесс образования руд являлся составной частью поздней стадии вулканизма, хотя этот процесс не был выражен повсеместно.

В своей статье, опубликованной до Симпозиума 1965 г., Гилмор рассмотрел генетические данные по колчеданным месторождениям района Норанды, удачно суммировав существовавшие тогда взгляды на то, к какому петрогенетическому типу относятся руды: «При индивидуальном рассмотрении данные большинства наблюдений... согласуются более чем с одной генетической теорией, а многие согласуются с гипотезой, что сульфидные месторождения имеют эпигенетическое, метасоматическое происхождение в общепринятом значении этих терминов. Однако... когда данные рассматриваются в целом, они наилучшим образом объединяются гипотезой, представляющей колчеданные месторождения как продукт гидротермальной деятельности вулканического происхождения, когда отложение сульфидов происходило на или близ поверхности проявления вулканизма».

Параллельное развитие генетических концепций происходило в Японии. Под влиянием европейских геологов, предшественников Офтедаля, Ватанабе, основываясь преимущественно на строгом стратиграфическом контроле и совпадении во времени с вулканизмом, пришел к выводу, что месторождения типа Бесси или Кислагер являются сингенетичными и связаны с вулканизмом. Его взгляды разделяли другие исследователи месторождений этого типа. Согласно Мацукуме и Хорикоси, именно Ватанабе в значительной мере причастен к воскрешению представлений о сингенетическом происхождении месторождений типа Куроко. Хотя сингенетические взгляды и пользовались популярностью в начале нашего столетия, в Японии, как и в Европе, вплоть до середины 1950-х годов преобладали генетические модели гидротермально-метасоматической гипотезы. Однако, как указывают Торайва и Хасигути, начиная с 1955 г. обычная практика поисково-разведочных работ стала базироваться на сингенетических идеях рудообразования, и это восприятие сингенетических моделей нашло свое отражение в японской литературе. Действительно, к началу 1960-х годов прояснились основные контуры современной генетической модели месторождений вулканической ассоциации. Хаяси, работавший на месторождении Мотояма, отмечал, что месторождения Куроко состоят из нижнего горизонта штокверково-вкрапленной пирит-халькопиритовой руды (кейко) и вышележащего горизонта пластовой или брекчиевой руды; последний в зависимости от преобладающего минерала подразделяется на пирит-халькопиритовые (око), сфалерит-галенит-баритовые (куроко) и гипсовые (секкоко) руды. Более того, Хаяси указал, что сульфидная минерализация тесно связана с вулканическими брекчиями Мотояма, которые, вероятно, образовались в результате фреатических эксплозий риолитовых лав Барамори. Основываясь на сходстве структур брекчий Мотояма и брекчиевых руд Куроко, а также на наличии в последних обломков трех главных типов сульфидных руд, он пришел к выводу, что эти обломки не могут быть результатом замещения, а являются продуктом сингенетических фреатических эксплозий. По его мнению, пластовые руды образовались сингенетическим путем, тогда как штокверково-вкрапленные руды сформировались в подстилающих вулканических породах Барамори.

В конце 1960-х годов японская литература была посвящена дальнейшему описанию и усовершенствованию сингенетической модели для разных месторождений. Четкий стратиграфический контроль месторождений Куроко, подтверждаемый палеонтологической корреляцией, указывал на сингенетическое происхождение. Определенное внимание уделялось текстурам и структурам рудных тел. Как и Охаси на руднике Мотояма, Миядзима и Мидзумото (1968 г.) интерпретировали брекчиевые руды месторождения Камикита как результат фреатических эксплозий первоначально слоистых руд; Отагаки и др. зафиксировали наличие в рудах месторождения Саканай градационной слоистости, структур оползания и подошвенных знаков и пришли к заключению, что они отложились механически в результате перемещения сульфидов вниз по палеосклону, подобно турбидитным потокам, от места их первоначального образования. Ёсида и Утада описали типичные изменения боковых пород вокруг месторождений Куроко, относя изменения висячего бока за счет продолжения гидротермальной деятельности после сингенетической сульфидной минерализации. Основываясь на своих работах на руднике Куроко, Сато разделил руды на пять основных типов (рис. 56): тип 1 и, вероятно, тип 2 образовались среди слабо консолидированных пирокластических пород, тогда как типы 3—5 отлагались на морском дне как результат химических изменений рудообразующих растворов вследствие их прогрессивного смешивания с морской водой. Трубообразную колонну кремнистых руд он рассматривает как «законсервированный след» движения минералообразующих растворов.

Такое быстрое восприятие и конструктивная разработка сингенетической модели для месторождений Куроко в 1960-х годах контрастируют, как это было показано выше, со взглядами канадских и английских геологов. В конце 1960-х годов продолжались дебаты по поводу сингенетического или эпигенетического происхождения, даже несмотря на то что неопровержимые доказательства, представленные японскими исследователями, были многократно подтверждены в английской литературе. В качестве наиболее значительных примеров можно упомянуть статьи Кинкеля и Андерсона. Последний автор представил обзор взглядов по генезису колчеданных месторождений, высказанных рядом западных геологов, и обратил внимание на существовавшие различия во взглядах. Он пришел к заключению, что большинство доказательств не указывают однозначно на происхождение месторождений, и лишь некоторые сомнительные факты свидетельствовали о том, что месторождения связаны с субмаринным вулканизмом; еще меньше было свидетельств связи месторождений с гранитными породами. Под влиянием последних открытий того времени — металлоносных рассолов Красного моря и района Солтон-Си — Андерсон высказал предположение, что транспортирующей средой для металлов служили скорее соленосные водные растворы, а не вулканические газы. Перелом во взглядах английских ученых наметился после опубликования важной статьи Андерсона. Это была последняя крупная работа, где серьезно рассматривались точки зрения сторонников эпигенетического происхождения; она же оказалась одним из первых обзоров по колчеданным месторождениям, столь характерных для начала 1970-х годов.

Наиболее значительными для английской геологической мысли оказались работы, опубликованные в 1970 г. Сборник «Вулканизм и рудообразование», посвященный Ватанабе, включал лишь три статьи, непосредственно касающиеся месторождений Куроко, но они оказались первыми исчерпывающими описаниями на английском языке месторождений Куроко и первыми обобщениями точек зрения японских геологов на их генезис. Появление этого сборника совпало с Международной конференцией IAGOD (Международная ассоциация по генезису рудных месторождений.— Ред.) в Японии, что позволило западным геологам посетить месторождения Куроко. В трудах этой конференции Хатчинсон и Серл опубликовали новую интерпретацию взглядов на генезис месторождений Кипра в соответствии с моделью Сато, предложенной им для месторождений Куроко. Они высказали предположение, что штокверковая минерализация и зона измененных пород лежачего бока представляли собой подводящую систему, по которой поступали гидротермальные растворы, отлагавшие на морском дне массивные сульфиды, перекрывающие их охры и умбру. По их мнению, рудообразующие растворы, по аналогии с рассолами Красного моря, представляли собой рассолы, образовавшиеся главным образом за счет погребенных в ловушках вод. Кларк предложил аналогичную модель для кипрских руд, полагая, однако, что рудообразующие флюиды представляли собой прямые продукты дифференциации в магматическом очаге. Тацуми и Ватанабе обратили внимание, что образование месторождений Куроко связано с четырьмя главными рудообразующими процессами: выполнением трещин и метасоматическим замещением в подводящей зоне, химическим осаждением на морском дне, осаждением в неконсолидированных осадках или замещением последних и механическим переотложением переработанных сульфидов.

Сангстер привел общие описания докембрийских колчеданных месторождений Канады и сравнил их с месторождениями Куроко. Он указал на наличие многих общих макроскопических и мегаскопических признаков между этими двумя типами, включая тенденцию рудных тел группироваться в кластеры, их ассоциацию с кислыми и в особенности с обломочными вулканическими породами, наличие в лежачем боку зоны измененных пород, присутствие как массивных, так и расположенных стратиграфически ниже прожилковых руд, наличие химической зональности в залежах (особенно изменение отношения Cu/Zn) и пространственную связь железистых кремней с сульфидными телами. Исходя из этого сходства, он полагает, что канадские и японские руды имеют аналогичное происхождение, хотя в то же время отмечает определенные различия (Pb и содержания минералов), налагающие ограничения на прямую корреляцию между этими двумя типами.

В последующих публикациях, посвященных колчеданным месторождениям, была представлена сингенетическая модель. И хотя продолжали печататься общие обзоры по типам месторождений, основное внимание в них уделялось повышению качества фактического материала по типам месторождений и совершенствованию генетической модели. В больших объемах продолжается сбор фактического материала в макро- и мегаскопическом масштабах, и даже в тех случаях, когда проведены микроскопические наблюдения (например, изучение флюидных включений, измерение изотопного состава), важно суммировать их в более крупном масштабе, т. е. представить картину множественного распределения полученных данных. Интересно отметить, что в некоторых недавно опубликованных исследованиях, содержащих описания микроструктур руд, сделан вывод о том, что значительная часть массивных руд Куроко образовалась в процессе гидротермального замещения в пределах скопления сульфидов. Эти наблюдения и их интерпретация совпадают с теми взглядами, которые были высказаны 25 лет назад, однако фундаментальное отличие состоит в том, что сейчас учитывается тот факт, что масштаб интерпретации обязан соответствовать масштабу наблюдений.

Заключение. Очевидно, что вышеизложенный краткий обзор основан главным образом на данных североамериканских геологов. Конечно, исследования месторождений вулканической ассоциации выполняются не только в Северной Америке и Японии. Например, в Европе Уильямс защищал сингенетическое происхождение месторождений Рио-Тинто и позднее распространил такую интерпретацию на множество других месторождений. Шермерхорн выявил наличие механической переработки и транспортировки в Иберийском пиритовом поясе, сыгравших важную роль в определении настоящего местоположения массивных сульфидных руд.

Нет ссылок на работы, выполненные советскими исследователями. Сбалансированная оценка развития генетических идей применительно к колчеданным месторождениям на основании данных, опубликованных в советской литературе, исключительно трудна главным образом вследствие противоречивой документации и неясности изложения, по крайней мере в английском переводе; это не позволяет осуществить тесное сопоставление с более знакомой терминологией. Комментарии Скрипченко, Смирнова и др. и Смирнова указывают на то, что в течение 1960-х годов в России наметилось направление, отстаивающее сингенетическую точку зрения. Однако вплоть до конца 1970-х годов еще очень большое количество статей было посвящено описанию основополагающих свидетельств в пользу сингенетической модели или содержало характеристику генетических моделей, повторявшую ранние сингенетические представления, бытовавшие в английской литературе. В качестве примера можно привести двухстадийные модели Твалчрелидзе и Буадзе, Козлова и Давыдова, предусматривающие добавление рудообразующих металлов к ранее существовавшим залежам сульфидов железа (ср. со взглядами Стентона]).

Таким образом, представления, возникшие в Северной Америке, получили признание и в Европе. Здесь эта концепция, по крайней мере начиная с XVIII в., нашла защитников в лице широкого круга геологов, особенно немецких и норвежских. По-видимому, взгляды немецких ученых (например, Шнейдерхёна и Рамдора) оказали определенное влияние на Ватанабе, который в свою очередь передал свои представления студентам как концептуальную основу для изучения месторождений Куроко и их генетической интерпретации. Даже если предположить, что сингенетическая модель самостоятельно развивалась геологами Канады, возможно в некоторой степени под влиянием идей европейских геологов, таких, как Офтедаль, она не стала бы доминирующей в Северной Америке, если бы северо-американские ученые не познакомились с данными по месторождениям Куроко.