Руды в основных и ультраосновных магматических комплексах

Кумуляты кристаллов и сульфидные скопления представляют собой обычный тип руд. Вероятно, наиболее убедительным примером тесной связи оруденения с процессами магматизма являются хромитовые руды, образующие месторождения двух морфологических типов: пластовые, или стратиформные, и линзовидные. В первом случае скопления хромсодержащих шпинелей образовывались практически на месте их кристаллизации в результате гравитационного осаждения и приурочены к тем частям расслоенных интрузивов, которые сложены основными породами. Вещество, слагающее линзовидные рудные залежи, вероятно, сначала подобным же образом концентрировалось в перидотитовых магмах, которые представлены ныне интрузивными телами или диапирами серпентинизированных перидотитов (альпинотипные тела). Однако линзовидные рудные залежи имеют сложную тектоническую историю и, прежде чем приняли свою окончательную форму, претерпели очень сильные превращения, сопровождавшиеся укрупнением зерен и перекристаллизацией.

Стратиформные кумуляты, обогащенные хромсодержащими шпинелями, относятся к числу самых древних рудных образований. Действительно, такие кумуляты, правда не имеющие в настоящее время промышленного значения, обнаружены в Гренландии, в составе расслоенного интрузива Фискенессет, который представляет собой один из древнейших магматических комплексов. Эти образования содержат около 25% Cr2O3, характеризуются низкими значениями отношения Cr/Fe и представляют собой анортозиты, а не перидотиты. Ho они свидетельствуют о том, что гравитационное осаждение кристаллов окислов рудных элементов относится к числу древнейших из известных в истории Земли рудообразующих процессов и имело место еще 3,65 млрд. лет назад.

Некоторые богатейшие в мире хромитовые месторождения (их руды содержат около 60% Cr2O3) приурочены к магматическому комплексу Себакве, который имеет возраст 3,4 млрд. лет и расположен в районе Селукве на Родезийском кратоне в Зимбабве. Аккумуляционная природа первичных рудных залежей в этом случае не вызывает сомнений, но к настоящему времени они в результате сильных деформаций оказались разорванными на ряд линзообразных тел, в которых устанавливаются лишь реликты расслоенности. Коттерилл пришел к выводу, что «форма и характер распределения [скоплений хромитовых руд] были обусловлены короблением дна магматической камеры во время аккумуляции».

За исключением Селукве, большинство докембрийских хромитовых месторождений приурочены к расслоенным комплексам, наиболее впечатляющими примерами которых являются Бушвелдский комплекс и Великая Дайка. В этих случаях гравитационное осаждение кристаллов хромсодержащих шпинелей происходило на площади в несколько сотен или даже тысяч квадратных километров. В результате сформировалось множество слоев хромитовых руд, которые, по данным многих геологов, в том числе Камерона и Десборо и Хантера, характеризуются чрезвычайной выдержанностью и однородностью. Магматические комплексы, с которыми связаны хромитовые руды, имеют главным образом докембрийский возраст, хотя можно предполагать, что такие же рудные залежи могут быть обнаружены в мощных протерозойских или фанерозойских комплексах, сформировавшихся в устойчивых платформенных условиях и пока еще плохо вскрытых эрозией.

Другим важным источником хрома являются линзообразные тела хромититов, которые по своим морфологическим особенностям резко отличаются от залежей, связанных с расслоенными комплексами. Они имеют неправильную сигаро- или веретенообразную форму, причем длинная ось их имеет протяженность от нескольких метров до 1000 м. Слагающие их руды характеризуются, как правило, мозаичной текстурой, при этом отдельные кристаллы срастаются друг с другом, что указывает на продолжение их роста даже после гравитационного осаждения. В некоторых случаях руды имеют нодулярную текстуру. В целом такие месторождения отличаются от простых стратиформных залежей в расслоенных комплексах большими содержаниями алюминия и более высокими значениями отношения Cr/Fe. Вмещающие породы обычно представлены дунитами или перидотитами, а не пироксенитами и перидотитами, как в случае стратиформных залежей. Эти альпинотипные перидотиты часто встречаются в офиолитовых комплексах, где залегают, как правило, в виде диапиров.

Тейер давно обратил внимание, что альпинотипные и пластовые месторождения хромитовых руд резко различаются по составу кумулятов и вмещающих их пород, а также по времени образования. Начиная с каледонид Урала, где известны крупные залежи хромититов, почти в каждом фанерозойском складчатом поясе мы обнаруживаем промышленные месторождения хрома, локализованные либо в офиолитовых толщах, либо в серпентинизированных ультраосновных породах, которые, вероятно, внедрялись в виде диапиров и представляют собой реликты океанической коры. За исключением Селукве, по существу, все промышленные альпинотипные линзовидные залежи хромитовых руд локализованы в породах фанерозойского возраста. Тейер уже с 1964 г. отстаивает мнение, что образование рудных кумулятов происходит в определенных зонах верхней мантии. Возможно, что в большинстве случаев такие участки отвечают конструктивным (разрастающимся) окраинам литосферных плит .

Сульфидные месторождения никелевых руд также подразделяются на два крайних ряда, различающиеся по характеру вмещающих пород, тектонической порции и морфологии рудных залежей. Одна группа месторождений приурочена к ультраосновным магматическим комплексам, тогда как другая локализована среди основных пород. При этом, однако, многие месторождения отклоняются от выделенных типов. Месторождения одной группы представляют собой линзы или веретеновидные тела медно-никелевых сульфидных руд, залегающие в основании слабо расслоенных габброидных комплексов, таких, как Садбери. Ко второму типу относятся линзовидные тела бедных медью сульфидных никелевых руд, которые залегают в зеленокаменных вулканогенных комплексах и располагаются между потоками лав перидотитового состава или в их основании, как это имеет место на месторождении Камбалда в Западной Австралии. На месторождениях типа Садбери рудовмещающие породы имеют толеитовый состав, в то время как рудные залежи типа Камбалда локализованы среди коматиитов.

Коматииты были впервые описаны в разрезе по реке Комати, в горах Барбертон. Для них характерны большие содержания магния, низкие концентрации щелочей и высокие значения отношения Са/Аl. Однако в зеленокаменных толщах, слагающих горы Барбертон, до сих пор не обнаружено никаких значительных проявлений сульфидно-никелевых руд. Что же касается месторождений в Западной Австралии, то там линзовидные тела руд типа Камбалда располагаются под потоками коматиитовых лав. Последние приобретают текстуру типа спинифекс и отличаются подушечной отдельностью, что позволяет рассматривать их как продукты подводных излияний. Вполне возможно, что в некоторых случаях сами залежи сульфидных руд представляли собой независимые потоки; при этом отделение их от ультраосновной магмы, вероятно, происходило в глубинных магматических камерах.

Некоторые разновидности месторождений типа Садбери располагаются в пределах блюдцеобразных впадин и приурочены к силлам, которые отличаются высокой степенью дифференциации слагающих их пород и явно связаны с платобазальтами. В качестве примеров можно упомянуть месторождения Инсизва в провинции Натал (ЮАР) и Норильское в СССР. В районах Абитиби, Томпсон и Манитоба, а также в пределах никелевого пояса Унгава многие мелкие и средние месторождения локализованы в метаморфизованных амфиболит-ультрабазитовых породах. Для их руд характерны высокие значения отношения Ni/Cu, и в этом отношении они напоминают месторождение Камбалда. В Манитобе и поясе Абитиби в рудовмещающих породах также устанавливаются текстуры типа спинифекс, образованные кристаллами первичного оливина. Толеитовый состав рудовмещающих пород является характерной чертой месторождений типа Садбери, а залежи типа Камбалда залегают среди коматиитов. В породах коматиитовой группы встречаются и руды типа Томпсон. Последние чаще связаны с перидотитовыми интрузивами, прорывающими осадочные толщи, а не с ультраосновными амфиболитами или лавами того же состава.

Следует подчеркнуть, что крупные месторождения хромитовых и сульфидно-никелевых руд редко встречаются совместно в пределах одного и того же тела изверженных пород. Так, в Бушвелдском комплексе сульфиды никеля встречаются значительно реже, чем минералы хрома, а на месторождении Садбери имеют место обратные соотношения. Минералы никеля чрезвычайно редки и в линзовидных залежах хромитов, а на месторождениях типа Камбалда в никелевых рудах встречаются лишь тонкие каемки хромшпинелидов. Лишь с комплексом Стиллуотер связаны большие запасы как хромитов, так и никелевых руд, но качество и тех, и других чрезвычайно низкое. Для образования скоплений кристаллов никельсодержащих сульфидов, равно как и для формирования обогащенных хромом кристаллических кумулятов, необходимо, чтобы отделение их произошло уже на ранних стадиях процесса кристаллизации расплава, прежде чем образуется кашеобразная масса кристаллов силикатных минералов, которая сможет воспрепятствовать их гравитационному осаждению. Очевидно, условия, способствующие быстрой кристаллизации хромшпинелидов, не всегда благоприятствуют раннему выделению сульфидных минералов, даже если в расплаве и есть все необходимые компоненты. Сказанное, видимо, справедливо для любых петролого-тектонических условий, что отмечается в работах ряда авторов. Скиннер и Пек установили, что кристаллы хромшпинелидов остаются устойчивыми при гораздо более высокой фугитивности кислорода, чем та, которая преобладает в момент образования скоплений сульфидных минералов.

Промышленные концентрации металлов платиновой группы встречаются в тех же основных и ультраосновных породах, которые вмещают никелевые и хромовые месторождения. Вообще говоря, наивысшие концентрации платиноидов достигаются в обогащенных сульфидами частях магматических тел, причем эти элементы могут либо образовывать собственные минералы, либо входить в состав сульфидов. Обычным для них является образование сплавов с другими металлами и переходными элементами, они встречаются также в виде сложных сульфидов и сульфосолей. В альпинотипных интрузивах, а также массивах аляскинского типа, которые бедны сульфидами, содержания платиноидов очень низкие, а места их концентрации трудноопределимы. Тем не менее эти породы в некоторых случаях сыграли важную роль при формировании россыпных месторождений.

В расслоенных интрузивах типа Садбери содержания платиноидов достигают порядка 1 млн-1; в этом случае они являются важным побочным продуктом при производстве никеля и меди. Очень близкие содержания элементов платиновой группы устанавливаются и в сульфидных никелевых рудах типа Камбалда, где значения отношения Ni/Cu в десять раз выше, чем на месторождении Садбери. Однако никелевые руды отличаются пониженными содержаниями платины и палладия и повышенными концентрациями рутения, иридия и осмия. На месторождениях обоих типов отделение сульфидов, видимо, произошло до начала основной стадии кристаллизации силикатов и окислов. Однако в расслоенных интрузивах, таких, как комплексы Бушвелдский и Стиллуотер, некоторые обогащенные платиноидами слои находятся на значительном удалении от базальных зон. Например, риф Меренского в Бушвелдском комплексе, где в настоящее время в широких масштабах ведется добыча платины, располагается в верхней части рудоносной зоны, почти в 3000 м над основанием интрузива. На месторождении Аток установлено, что кристаллы минералов платины концентрируются вокруг зерен халькопирита, пентландита, пирита и пирротина; средние содержания платиноидов при этом колеблются от 6 до 10 млн-1. Перечисленные минералы входят в состав матрицы в пластообразных скоплениях хромитовых руд в слоях, характеризующихся пегматоидной текстурой, свидетельствующей об интенсивном накоплении летучих компонентов почти в тот самый момент, когда происходило отделение от расплава платиноносных сульфидов, и уже после того, как завершилась раскристаллизация по крайней мере трети объема интрузива. На месторождениях Камбалда и Садбери в основании интрузивных массивов концентрации платины несколько ниже, чем палладия, а в пределах рифа Меренского средние содержания платины в два раза выше, чем палладия. Фанерозойские альпинотипные комплексы и интрузивные массивы аляскинского типа в этом отношении скорее напоминают риф Меренского, а не Садбери. По-видимому, во всех этих случаях значительная часть более халькофильного палладия входила в состав сульфидов, отделявшихся от расплава на ранних стадиях его кристаллизации. Такие же процессы имели место и при становлении комплекса Стиллуотер, одного из древнейших крупных расслоенных интрузивов. В хромититовых слоях А непосредственно над базальной зоной содержания палладия в два раза выше, чем платины, и достигают 10 млн-1. Однако в верхней части перидотитовой зоны интрузива концентрация палладия составляет лишь 2/3 от величин содержания платины. Наиболее ранние сульфидные минералы характеризуются наивысшими значениями отношения Pd/Pt, которые, очевидно, не зависят не только от геологического возраста месторождения или тектонических условий формирования данного интрузивного комплекса, но даже и от общего содержания сульфидов в материнской магме.

Щелочные «ультрамафиты» (кимберлиты и карбонатиты) являются рудовмещающими породами на месторождениях алмазов, редкоземельных элементов и других видов минерального сырья; кое-где с ними связаны и крупные запасы руд цветных металлов. В Западной Африке известны кимберлиты, возраст которых оценивается в 2300 млн. лет, россыпи алмазов встречаются и среди еще более древних осадочных пород. Однако в большинстве случаев кимберлиты имеют возраст от мелового до современного. Крупнейшие в мире скопления кимберлитов известны в Восточной и Южной Африке, где они приурочены к рифтовым зонам, заложение которых произошло 2500 млн. лет назад и ознаменовалось становлением Великой Дайки. В этих районах возраст кимберлитов изменяется от 2035 млн. лет (в Танзании) до третичного. Таким образом на протяжении 2000 млн. лет здесь, очевидно, не произошло никаких изменений состава извергаемых магм.

Карбонатиты очень близки к кимберлитам по времени образования. Одним из древнейших и наиболее сложным в минералогическом отношении карбонатитовым месторождением является Палабора, где сосредоточены крупные запасы низкокачественных медных руд. Еще одним примером докембрийского месторождения является залежь Сулфайд-Куин в районе Маунтин-Пасс, в Калифорнии; в этом случае руды обогащены элементами группы церия. Многие классические карбонатитовые месторождения образовались в палеозойскую эру, и все же большая часть их имеет возраст от мезозойского до современного. Подобно кимберлитовым трубкам карбонатиты, в том числе и современные карбонатитовые вулканы Танзании, образуют крупные скопления в пределах Восточно-Африканской рифтовой системы. Возможно, что карбонатиты обязаны своим происхождением концентрации летучих компонентов, в том числе CO2, отделявшихся от магматических расплавов в процессе их многостадийного подъема из тех же самых мантийных очагов, с которыми связано и образование кимберлитов.

Титаномагнетитовые и ильменитовые месторождения по своим морфологическим особенностям очень близки к залежам хромитов. Титаномагнетитовые кумуляты часто встречаются в анортозитовых зонах расслоенных интрузивных комплексов, а линзовидные залежи (или беспорядочно расположенные массивные слои) ильменит-гематитовых руд обычны для интрузивных массивов анортозитового состава. Сходство между линзовидными телами ильменит-гематитовых руд и хромититов, локализованными в альпинотипных ультрабазитах, наводит на мысль, что ильменитовые линзы также представляют собой результат перекристаллизации кумулятов. Остается неясным, когда образовался избыток кислорода в ильменит-гематитовых рудах: в процессе их перекристаллизации или раньше, при накоплении кумулята. Промышленные месторождения обоих морфологических типов связаны с титансодержащими анортозитами, и они образовались в позднем протерозое, в течение довольно ограниченного периода геологической истории (1700—1000 млн. лет назад). Герц установил, что анортозитовые массивы, если их нанести на карту прото-Пангеи, образуют два пояса в северном и южном полушариях. Северный пояс протягивается через территорию Украины в западные районы Северной Америки, а крупные скопления анортозитовых массивов в его пределах отмечаются в Скандинавии и провинции Квебек. Для объяснения причин образования этих поясов выдвигаются самые разнообразные гипотезы, начиная с возможного перемещения прото-Пангеи над мантийными горячими точками и кончая контролем поясов со стороны ранее отложившихся позднепротерозойских эвапоритов.

Процессы формирования хромитовых кумулятов и скоплений сульфидов никеля в основных и ультраосновных породах, видимо, протекали на протяжении всей геологической истории, хотя не найдено промышленных месторождений типа Садбери, возраст которых был бы древнее 2000 млн. лет. Месторождения обоих типов связаны с расслоенными интрузивными массивами, становление которых протекало в устойчивых условиях древних платформ, что и обусловило сохранение признаков расслоенности. В областях кратонов возраст кимберлитов и карбонатитов также датируется как допозднепротерозойский, хотя большая часть месторождений этих групп образовалась в фанерозое. Анортозитовые массивы с промышленными залежами руд титана формировались, видимо, только в позднем протерозое, но возможно, что причиной их появления являлись пересечения кратонов мобильными поясами.

Фанерозойские ультраосновные породы, входившие в состав океанической коры, подвергались деформациям как в процессе их становления, так и при причленении их к континентам. В пределах палеозойских и мезозойских складчатых поясов в этих породах встречаются крупные линзовидные тела хромитовых руд. Вполне возможно, что подобную же историю формирования имеют и изредка встречающиеся более древние месторождения хрома, относимые к типу Селукве. В архее обычным явлением были подводные излияния ультраосновных лав коматиитовой группы, с ними было связано образование сульфидно-никелевых месторождений типа Камбалда, которые встречаются в зеленокаменных толщах кратонов Йилгарн и Лаврентьевского. Платиноиды присутствуют на всех месторождениях никеля и хрома. Вероятно, во всех этих случаях рудоносные ультраосновные магмы поступали прямо из мантийных очагов, и их состав претерпевал лишь минимальные превращения. Исключением являются лишь карбонатиты. Тектонические процессы при этом лишь влияли на морфологию рудных залежей, а также определяли их структурную позицию в пределах современных континентов.

Тот факт, что расслоенные интрузивы редко встречаются среди пород третичного возраста, еще можно объяснить недостаточно глубоким уровнем эрозии последних. Ho внезапное появление многочисленных линзовидных тел хромитовых руд в фанерозое и преобладание в архее месторождений сульфидных руд типа Камбалда вряд ли можно связывать с различной степенью эродированности пород соответствующего возраста.