Местности и города

Колчеданные руды

Колчеданные руды

Колчеданные руды, или колчедан (от греч. — древнегреческая колония в Малой Азии), в составе которых преобладают сульфиды железа, меди, цинка и свинца, известны очень давно. Однако долгое время не было ясности в вопросе о происхождении этих руд.

Вначале считалось, что образование колчедана, как и многих других руд, обусловлено внедрением гранитных индустрий. В 1936 г. известный советский геолог А. Н. Заварицкий впервые высказал мысль о связи колчеданных руд с окружающими их. вулканическими толщами. Но лишь к концу 60-х годов, когда были собраны материалы по Уралу, Алтаю, Кавказу и многим другим регионам, появились решающие доказательства синхронности процесса образования колчедана с вулканизмом. К настоящему времени вполне определенно установлено, что сульфиды отлагались на поверхности дна или непосредственно под дном древних морских бассейнов, куда «разгружались» горячие градообразующие растворы — гидротермы.

Ремонт стиральных машин на дому | Какой тестер лучше купить Mega328 и Gm328 калибровка, you

И все-таки, когда действующие высокие температурные гидротермы и связанные с ними сульфидные руды были обнаружены в современном океане, это стало сенсацией. Весть об открытиях обошла многие специальные и популярные издания. Рассказывалось о них и на страницах «Природы» . Сейчас данные о гидротермальном оруденении в океане накапливаются быстрыми темпами, и с каждой новой находкой яснее становится важность изучения сульфидных рудопроявлений на дне океана. Полученная информация принципиально важна как для восстановления условий формирования древних колчеданных руд континентов, так и для геологии рудных месторождений в целом. Об этом — наша статья.

Первые залежи сульфидных руд были найдены в 1978 г. на поверхности базальтов океанического дна невдалеке от тихоокеанского побережья Мексики. Анализируя предысторию этой находки, необходимо в полной мере оценить тот факт, что подобные образования в океанических рифтовых

хребтах довольно уверенно прогнозировались некоторыми исследователями еще в начале 70-х годов. Теоретической базой таких прогнозов, содержащихся, например, в работах американского геолога-рудника Р. Силлитоу, были сформулированные незадолго до этого положения тектоники литосферных плит, а конкретным основанием — наличие колчеданных залежей в офиолитовых и родственных им комплексах пород складчатых областей суши.

Неожиданно выяснилось, что та последовательность залегания пород, которую мы встречаем в офиолитах (от ультраосновных пород, сложенных только темноцветными минералами — в основаниях комплексов, к крупно кристаллическим, а затем мелкокристаллическим и стекловатым породам базальтового состава, перекрываемым глубоководными осадками), характерна и для разреза современной океанической коры.

Сами офиолиты, согласно концепции тектоники плит, являются пластинами древней океанической коры, перемещенными на края континентов в результате абдукции — задвигания одной плиты на другую при их столкновении. Как видно из «идеального» разреза офиолитового комплекса, наиболее типичное положение колчеданных руд в нем — непосредственно над нижней базальтовой толщей. Эти базальты представляют собой лавы, изливающиеся на океаническое дно в зонах спрединга (раздвигания океанических плит) при формировании океанической коры. Такое соотношение руд и окружающих пород наблюдается, например, в хорошо изученном офиолитовом комплексе Троодос на о. Кипр. Приняв за основу, что подобные разрезы формируются при спрединге, следовало, естественно, предположить (как это сделал Силлитоу), что в современных океанах колчеданное оруденение должно быть сосредоточено на поверхности океанического дна в рифтовых зонах, где руды не успели еще перекрыть осадками и лавовыми потоками более поздних излияний.

Результаты исследований, проведенных на Восточно-Тихоокеанском поднятии, а позже — ив других рифтовых зонах Тихого океана и Атлантики, блестяще подтвердили это предположение. Надо заметить, что открытие сульфидных руд в океане именно там, где их следовало ожидать на основании изучения офиолитовых комплексов континентов и модели тектоники плит, подкрепило исходную посылку о формировании офиолитовых разрезов в древних зонах спрединга.

Достаточно очевидная, даже на первый взгляд, сопоставимость сульфидных руд, обнаруженных в современных океанических рифтах, с древними колчеданными рудами офиолитов требует, однако, существенной оговорки. Дело в том, что при сходстве офиолитовых разрезов континентов и океанических разрезов между ними существуют некоторые различия в мощности отдельных слоев коры и гидрохимических особенностях базальтов (например, более высокое содержание воды в первичных магмах большинства древних комплексов). Согласно современным представлениям, офиолиты Кипра и большинства других складчатых областей представляют собой фрагменты коры, которая сформировалась не в древних океанах, а в окраинных морях, отделенных от океанов островными дугами. В качестве примера таких расширяющихся в настоящее время бассейнов можно назвать Марианский трог, а также впадины Лау вблизи Новой Зеландии и Манус в Новогвинейском море. В этих и других бассейнах, именуемых за- дуговыми, обнаружены обогащенные рудными элементами (металлоносные) осадки, обычно сопутствующие сульфидным рудам.

Когда все эти обстоятельства прояснились, геологи, вдохновленные удачным прогнозом рудоносности рифтовых океанических хребтов, предсказали, что сульфидные руды могут быть найдены и в активных окраинных бассейнах в западной части Тихого океана.

Этот прогноз также подтвердился: в 1985 г. участники экспедиции на западногерманском научно-исследовательском судне «Зоне» сфотографировали сульфидные рудные образования на дне впадины Манус (точнее, на самом молодом участке базальтового дна этой впадины). Образцы колчеданных руд были получены и при драгировании зоны спрединга во впадине Лау. По-видимому, именно их можно считать современными аналогами колчеданов Кипра. Оруденение же рифтовых хребтов восточной части Тихого океана и Атлантики, возможно, следует сопоставлять с древним оруденением офиолитового комплекса Бей-оф-Айлендс на о. Ньюфаундленд, который считается реликтом коры палеозойского океана Япетус3.

В некоторых районах земного шара рифты срединно-океанических хребтов переходят в межконтинентальные рифты. Условия рудообразования в этих зонах весьма специфичны. Так, в Калифорнийском заливе, отличающемся очень высокими скоростями накопления осадков, массивные тела сульфидных руд залегают не на базальтах, а на мощной осадочной толще. Причем в отдельных случаях руды цементируются битумами, вымываемыми рудообразующими гидротермальными растворами из обогащенных органическим веществом осадков. Некоторое отличие этих рудообразующих растворов от гидротерм Восточно-Тихоокеанского поднятия хорошо объясняется взаимодействием их с осадками. В зарубежной литературе сульфидные руды Калифорнийского залива принято сопоставлять с сульфидным оруденением в вулканогенно-карбо-натных толщах Японии (руды «типа Бесси») .

В другом современном межконтинентальном рифте — в Красном море — определяющее влияние на характер процесса рудообразования оказывает толща солей, обнажающаяся на дне по бортам рифтового трога. Растворение солей гидротермами приводит к резкому увеличению минерализации, а следовательно, и плотности вод, которые за счет этого не смешиваются с морской водой и накапливаются во впадинах. Горячие (до 60 °С) высокоминерализованные рассолы достаточно долго удерживают рудные компоненты в растворенном состоянии, поэтому осаждение их происходит не сразу после попадания гидротерм в придонную воду (как в случае формирования рудных залежей в рифтовых зонах океана), а постепенно, на всей площади дна, покрываемой рассолами.

В итоге сульфиды отлагаются здесь не в виде небольших массивных тел, как в океанических рифтах, а в виде примеси к донным осадкам. Оруденение, соответственно, носит отчетливо выраженный стратиформный характер (рудные пласты располагаются между слоями осадочных пород). Следует напомнить, что стратиформные залежи сульфидов характерны и для древних бассейнов осадконакопления. В последние годы интерес к этим рудам резко возрос. Работы советских геологов В. И. Смирнова, У. А. Асан- алиева, Ю. В. Богданова и др. по изучению стратиформных месторождений сульфидов недавно были отмечены Государственной премией.

Таким образом, данные о сульфидных рудах современных океанов позволяют сделать важные выводы относительно того, как протекали древние процессы колчеданного рудообразования. Во-первых, совершенно разные по форме и условиям залегания залежи могли образоваться при попадании на дно (или в толщу осадков) в общем-то однотипных растворов. Во-вторых, характер формирующихся залежей фактически определяется тем, что происходит с этими растворами уже при попадании в морской бассейн — на поверхности дна или вблизи него.

Сульфидные руды океанических и межконтинентальных рифтов, как и аналогичные древние руды континентов (например, сульфидные руды Кипра), связаны с наиболее «примитивными» по химическому составу не дифференцированными базальтоидами. Именно такие породы, образующиеся при формировании океанической коры, входят и в офиолитовые комплексы.

Казалось бы, мы имеем все основания для проведения аналогии между древними колчеданными рудами континентов и колчеданными рудами океана. Требует, однако, объяснения следующий парадокс: среди древних колчеданов руды собственно офиолитовых комплексов (океанической коры геологического прошлого) составляют небольшую часть. Самое значительное по масштабам оруденение связано с дифференцированными комплексами, включающими разнообразные вулканические породы — от базальтов до липаритов. С такими вулканитами ассоциируют руды крупнейшего в мире колчеданного месторождения Рио-Тинто в Испании и подавляющего большинства месторождений СССР, в том числе рудных районов Урала и Алтая. Общепризнано, что формирование этих пород и руд связано с островными дугами и вулканическими архипелагами древних окраинных морей. В подводных же частях современных островных дуг, где развиты аналогичные комплексы пород, настоящие колчеданы пока неизвестны, хотя — напомним — они открыты уже на многих участках рифтовых зон океана.

Отчасти это может быть следствием недостаточной изученности современных островных дуг. Но, скорее всего, существует вполне реальная причина разной распространенности современного и древнего оруденения в различных тектонических обстановках. Нам представляется, что большинству рудных залежей древних срединно-океанических хребтов не суждено было сохраниться в ходе геологической истории (как, скорее всего, не сохранятся и формирующиеся сейчас залежи Восточно-Тихоокеанского поднятия). Эти рудные залежи вместе с океанической корой, на которой они сформировались, исчезли в зонах субдукции — погружения океанических плит под континент, если, конечно, они не уничтожились раньше по другим причинам. В то же время островные дуги с содержащимися в них рудами должны были «прибиться» к краям континентов и войти в состав складчатых поясов.

Но имеются ли сульфидные руды в современных островных дугах?

Крупные залежи пока не найдены, однако не исключено, что обнаружить их удастся в будущем, и, может быть, относительно недалеком. Признаки сравнительно низкотемпературных рудообразующих гидротерм известны на многих подводных вулканах, входящих в состав Марианской, Курильской и других островных дуг. В некоторых случаях отмечены зачаточные рудопроявления. Детальное изучение геологических особенностей тех участков, где обнаружены гидротермальные выходы, показывает, что они часто контролируются теми же структурами, что и колчеданные руды древних островных дуг: разломами, ограничивающими кальдеры, или отдельными вулканическими куполами в пределах вулканов центрального типа.

Кроме того, гидротермальные выходы на дне океана и окружающие их гидроксиды железа и марганца ассоциируют с кислыми вулканическими породами, что типично для колчеданных руд древних островных дуг. Однако расчеты показывают, что очень небольшие количества воды, выделяющейся при базальтовом вулканизме из океанической мантии, не могут обеспечить перенос такого количества металлов, которое необходимо для формирования рудных залежей. Только на океанических окраинах, где мантия обогащена водой за счет переработки погружающихся в нее плит океанической литосферы, содержание воды в магмах увеличивается.

И все-таки принципиальное сходство между колчеданными месторождениями океанических окраин и срединных хребтов заставляет предполагать единый механизм их формирования. К тому же полученные в последние годы изотопные и другие данные по древним колчеданным месторождениям приносят все новые и новые доказательства того, что ювенильная (глубинная) вода была не единственным, и даже не главным, поставщиком металлов при образовании этих месторождений .

Изучение гидротерм, формирующих колчеданные руды в рифтовых зонах современных океанов (в частности, экспериментальное и теоретическое моделирование протекающих здесь процессов), показало, что гидротермы представляют собой морскую воду, нагретую до температуры свыше 400 °С, которая циркулирует по трещинам в базальтах океанического дна, «вымывая» из них металлы. Расчетным путем установлено, что для формирования достаточно «горячих» гидротерм необходимо наличие близких к поверхности активных магматических очагов. Только такие очаги, отдавая в процессе своего застывания заключенные в них огромные запасы тепла, могут стимулировать процессы конвективной циркуляции гидротерм .

Во всех рифтовых зонах, разделяющих жесткие литосферные плиты (будь то рифты срединно-океанических хребтов или межконтинентальные рифты, как в Красном море, или же тяжеловооруженные рифты, как в Марианском троге), существование близких к поверхности очагов обеспечивается благодаря периодическому заполнению щели, которая возникает между краями раздвигающихся плит, выплавляющимися из мантии толеитовыми магмами. Близкие к поверхности очаги, таким образом, органически присущи этим зонам. Сложнее обстоит дело с островными дугами. Здесь на глубине нескольких километров под поверхностью дна могут развиваться лишь промежуточные вулканические очаги, питающие магмой вулканы центрального типа, что и определяет особенности связи колчеданного оруденения с такими вулканами.

Современную концепцию генезиса колчеданных месторождений, сложившуюся под сильн'ым влиянием открытий, сделанных в океане, часто именуют моделью рециклинга. При этом имеется в виду, что при формировании рудных залежей многократно «используется» главный рудообразующий агент — морская вода. Данная концепция позволяет объяснить ряд принципиальных особенностей колчеданных месторождений, раньше остававшихся непонятными.

Сейчас, например, уже не кажется удивительным, что достаточно близкие по составу медно-цинковые руды в толщах островных дуг обычно залегают среди дифференцированных вулканических пород (будучи связаны с кислыми их разностями), а в рифтовых зонах — среди не дифференцированных базальтов. Ведь при едином механизме рудообразования геохимические особенности руд определяются валовым составом пород, сквозь которые циркулирует морская вода, и состав этот в общем случае мало зависит от степени их дифференциации. Зато при изменении общего состава коры — при переходе от молодых островных дуг, сложенных преимущественно базальтовыми толщами, к зрелым полно развитым дугам, сложенным андезитами,— состав руд существенно меняется.

Главное различие между рудами этих двух геологических обстановок касается содержания свинца. Это и понятно, так как свинца в андезитах в среднем в 1,9 раза больше, чем в базальтах. С относительно молодыми дугами связано, например, формирование медного и медно-цинкового оруденения Урала, а с развитыми дугами — медно-свинцово-цинкового (полиметаллического) оруденения Алтая. Соответствующие типы руд в отечественных классификациях названы уральским и алтайским.

Характерно, что сульфиды из мелких рудопроявлений, известных в современных зрелых островных дугах, также обогащены свинцом по сравнению с рудами рифтов. Если здесь удастся обнаружить крупные залежи, они, скорее всего, окажутся полиметаллическими.

Разумеется, двумя «контрастными» типами геологических обстановок — рифтовыми зонами и островными дугами — не исчерпывается все многообразие условий формирования руд в геологической истории. К примеру, в офиолитовом комплексе Сумаиль в Омане оруденение связано с отдельными центрами кислого вулканизма (как в островных дугах), но эти центры, однако, находятся на коре океанического типа. Вероятнее всего, данные рудоносные вулканы образовались в окраинном море между островной дугой и рифтовой зоной, над погружающейся в зоне субдукции литосферной плитой. Подобные геологические обстановки известны также и в районах гидротермальных выходов на дне современного океана. Наконец, определенные перспективы рудоносности океанов связаны с зонами внутриплитового вулканизма, такими, например, как Гавайская вулканическая гряда.

Таким образом, правомерность применения результатов, полученных при изучении современных гидротермальных процессов в океане, для построения моделей генезиса древних колчеданных месторождений континентов в целом уже не вызывает возражений. Правда, пока данных по океану не сопоставимо мало по сравнению с данными по колчеданным рудам суши, поэтому чаще приходится решать противоположную задачу — прогнозировать характер и распределение рудопроявлений в современном океане по их древним аналогам на континентах. Однако современный «бум» в морских геологических исследованиях не оставляет сомнения в том, что уже в ближайшие годы будут получены новые данные, которые позволят уточнить реальные условия и способы формирования колчеданных и других рудных месторождений. А в конечном счете — успешнее открывать их на суше.

Источник - abc-24.info