Вулканогенные базальтоидные субмаринные (колчеданные) месторождения

К данному классу относятся месторождения сульфидных руд, связанные с подводно-морскими базальтоидными форма­циями. Из них получают до 10—15% мировой добычи меди, цин­ка, свинца и значительные количества серебра, золота, кадмия, селена, олова, висмута, бария и др. Рассматриваемые месторож­дения образовывались непрерывно в течение всей геологической истории, начиная с раннего архея и кончая современным колче­данным рудогенезом в океанических структурах из мантийных источников вещества.

Рудные провинции и районы формировались на разных ста­диях развития земной коры, но всегда в условиях растяжения. Установлено четыре основных типа геотектонических обстано­

вок колчеданообразования: 1) островные дуги, 2) срединно-океа- нические хребты, 3) тыловодужные бассейны и 4) зоны разломов на границе палеоконтинентов.

В пределах островных дуг над зонами Беньофа-Заварицкого на ранних стадиях субдукции в результате анатектического пере- плавления погружающейся под континент океанической плиты и частичного плавления мантийного материала проявился интен­сивный базальт-андезитовой вулканизм. С ним связаны цинко- во-медные раннегеосинклинальные месторождения фанерозой- ских орогенических поясов. На более поздних стадиях субдукции резко возрастают объемы ассимиляции материала сиалической коры. Вулканизм становится более кислым и известково-щелоч­ным. С ним уже ассоциируют свинцово-цинково-медно-сереб- ряные месторождения (Кинстоун, Балаклала, Шаста-Кинг, США; Фуказава, Шинсава, Япония; Вудлон, Австралия).

В рифтовых структурах срединно-океанических хребтов формировались медно- и цинковоколчеданные месторождения офиолитовых поясов. Часто они приурочены к чашеобразным впадинам и располагаются вблизи центров активного вулканиз­ма. Определяющим условием рудообразования явилось рифтооб- разование, протекавшее в условиях раздвижения литосферных плит (палеозойские месторождения Урала, Скандинавии, Нью­фаундленда, Кипра и других регионов).

Тыловодужные бассейны растяжения характеризуются ли­нейными рифтовыми системами, в пределах которых развивается бимодальный базальт-риолитовый вулканизм и формируются ло­кальные впадины с глубоководными фациями осадочных пород. Примером подобных образований могут служить среднепалео­зойские колчеданные месторождения Иберийского полуострова (Пиритовый пояс Испании и Португалии).

Зоны трансформных сдвиговых разломов на границах мик­роконтинентов часто благоприятны для формирования крупных рудных районов. Они приурочены к вулканотектоническим де­прессиям и связаны с кальдерами и стратовулканами. Кальдеры располагаются в поперечных к глубинным разломам нарушени­ях. Для них характерны рои субвулканических даек базальтового и риолитового состава, имеющие наибольшую густоту на продол­жении магмовыводящих каналов. На удалении от активных цен­тров вулканизма пучки даек вытягиваются вдоль оси региональ­ного сжатия. В режиме растяжения формировались базальт-рио- литовые комплексы с колчеданно-полиметаллическими месторо­ждениями. Часто на заключительных этапах развития подобных структур возникала обстановка сжатия и происходила смена типа вулканизма. Формировались андезито-дацитовые комплексы, ти­пичные для зон субдукции (Прииртышский рудный район, Ка­захстан).

Обобщенная модель рудообразования

Месторождения колчеданного семейства представляют со­бой продукты деятельности конвективной гидротермальной сис­темы. Главным компонентом системы является морская вода, но на разных этапах и стадиях активную роль играют также магма­тические, метеорные и погребенные (поровые) воды. Источника­ми энергии служит либо аномально высокий тепловой поток, либо тепло остывающих магматических тел. В процессе нисходя­щего движения морская вода нагревается и активно взаимодей­ствует с придонными породами. В результате образуется восста­новленный слабокислый солевой раствор, в котором активности H₂S°, HS' и S²' » активностей S0₄²' и HS0₄\ Он обогащается выщелоченными из окружающих пород металлами.

Восходящая ветвь потока взаимодействует с вмещающими породами и холодными морскими водами и производит интен­сивный магниевый метасоматоз. При резких падениях давления происходит вскипание раствора и отлагаются кремнезем и суль­фиды (пирит, марказит, пирротин, халькопирит и др.). В придон­ном пространстве этот процесс протекает лавинно. Взаимодейст­вие новых порций раствора с ранее отложившимися сульфидами приводит к появлению рудной зональности. Значения коэффи­циента Cu/(Zn+Pb) уменьшаются по направлению каналов фильтрации и перпендикулярно к ним. Барит концентрируется на участках минимальных величин этого коэффициента.

Достигнув донной поверхности, рудный раствор стекает в локальные депрессии. По мере его разбавления и охлаждения отлагающиеся минеральные парагенезисы формируют фациаль- ную зональность: сульфиды—кремнезем—оксиды железа и мар­ганца. Еще не литифицированные металлоносные илы оползают со склонов впадин и перемещаются турбулентными и грязевыми потоками. Непосредственно около подводящих каналов в усть­евых частях потоков образуются проксимальные, а на удалении дистальные рудные залежи. Геолого-геохимические данные (рас­чет баланса металлов, изотопия серы, элементы-примеси и др.) позволяют сделать вывод о магматическом источнике основных металлов, из которых медь поступала из мантийных уровней, а свинец и цинк из пород континентальной коры.

Детально процесс формирования рудных тел на морском дне описывается гидролизно-реакционной осадочно-метасоматиче- ской моделью, предложенной Н.С.Скрипченко. Согласно этой модели линейный эндогенный гидротермальный поток, обога­щенный ионами S0₄²' и комплексными соединениями металлов, около донной поверхности в зоне высокой проницаемости рас­крывается вверх в виде воронки. Возникает конвективная систе­ма. Наиболее интенсивное рудоотложение происходит на участ­ках, где поток кинжально входит в рыхлые донные осадки. Выде­ляют две части гидротермальной системы — нижнюю и верхнюю. В нижней части при температурах 300—350°С в результате гидро­лиза образуется две кислоты: слабая сероводородная H,S и силь­ная серная H,S0₄. Серная кислота способствует выщелачиванию из кислых пород (в частности, риолитов) различных компонен­тов — CaO, MgO, FeO, многих элементов и образованию ангид­рита. В верхней части происходит падение температуры до 40°С, смешиваются горячие флюиды с морской водой и отлагаются сульфидные руды. Приращение мощности зоны сплошных руд происходит вследствие реакционного опускания ее нижней гра­ницы. Часто наблюдается постепенный переход между сплошны­ми и вкрапленными рудами. Сероводород в основном использу­ется для образования сульфидов полиметаллов. По направлению к донной поверхности происходит смена хлорит-ангидритовых или тальк-ангидритовых метасоматитов на кварц-серицитовые, а в рудной залежи формирование трехчленной зональности (снизу вверх): медно-колчеданной — медно-цинково-колчеданной и колчеданно-полиметаллической. Образование многоярусных ме­сторождений связано с повторными циклами гидротермально­осадочного рудоотложения над единым рудоподводящим каналом.

Подразделение колчеданных месторождений

Описываемый класс месторождений ассоциирует с субма­ринной базальт-липаритовой формацией, которая разделяется на три субформации: слабо дифференцированную, полно диффе­ренцированную и контрастно дифференцированную. По ком­плексу признаков — связи с магматическими породами, геологи­ческим условиям залегания и особенностям состава и строения можно выделить четыре подкласса месторождений: кипрский, уральский, куроко (алтайский) и бесши (филизчайский). Рас­смотрим каждый из них подробнее.

Кипрский подкласс

К нему относятся серно- и медно- и медно-цинково-колче- данные месторождения, связанные с недифференцированной базальтовой субформацией весьма характерной для коры океани­ческого типа. Это и докембрийские руды Австралии (Брокен- Хилл) и Финляндии (Оутокумпо), и раннепалеозойскис Норве-

z

2

•.•.•**-i

■■jrSil a

Рис. Зональность Киирских месторождений (по Р.Хатчинсону).

1 — аргиллит, обогащенный железом, содержащий в основном ютит, лимонит и гематит, 2 — массивные сульфиды, 3 — пропилитизация с рассеянными сульфидами, 4 — послерудная дайка, 5 — несогласие; А — осадочная экепшяциониая минерализация (I — осадочная зона, И — зона массивных сульфидов), Б — импрегнационная минерализация в измененных лавах (III — сульфиды, заполняющие полость, IV — сульфиды на окраине пшшоу-лав, V — сульфиды, заполняющие разломы, VI — рассеянные пиритовые вкрапления в измененной лаве)

гии (Леккен) и Ньюфаундленда (Канада), и мезозойские место­рождения Кипра, Турции (Эргани-Маден) и другие, и современ­ные сульфидные залежи срсдинно-оксаничсских хребтов (рис. 31).

1. Месторождения Ньюфаундленда входят составной частью в раннепалеозойский офиолитовый комплекс, в разрезе которого выделяются (снизу вверх): ультрабазиты, габбро, пластовые диа­базовые дайки, пиллоу-лавы — колчеданные залежи и морские осадки.

2. Месторождения массива Тродос (Кипр) связаны с мело­вым офиолитовым комплексом. Это обычно мелкие и средние рудные объекты. В нижних частях месторождений в толще пил- лоу-лав устанавливается сульфидный штокверк, фиксирующий рудоподводящий канал. Над ним располагается горизонт крем­нистых сульфидов (яшмоидов) и пласто- и линзообразных зале­жей сплошных колчеданных руд. Его венчает поверхность раз­

3. мыва и поверхностного выветривания, представленные разнооб­разными охрами и морскими тсрригенными осадками. Обычно рудные тела формировались в локальных впадинах вблизи рудо­подводящих разломов или трещинных зон.

4. Современные сульфидные проявления морей и океанов. В современных морях и океанах гидротермальные сульфидные проявления формируются в зонах срединноокеанических хреб­тов и областях заостроводужного спрединга и внутриплитного вулканизма (“горячие точки”). В местах активной гидротермаль­ной деятельности на дне океана образуются рудные постройки, достигающие 70 м в высоту и имеющие диаметр основания до нескольких сотен метров. Каждая такая постройка состоит из нескольких миллионов тонн рудного вещества. В пределах от­дельных площадей (месторождений или рудных полей) распола­гается несколько десятков таких конусовидных холмов, увенчан­ных сверху трубообразными телами “черных курильщиков”. По­добное поле содержит 30—50 млн. тонн гидротермального веще­ства. В настоящее время эти проявления нигде в мире не разра­батываются и представляют пока потенциальные медно-цинко- во-колчеданные руды будущего.

Уральский подкласс

Данный подкласс месторождений ассоциируется с контра­стно-дифференцированной базальт-липаритовой субформацией, являющейся производной подкоровой мантийной магмы. По со­ставу месторождения либо медноколчеданные (Блява, Южный Урал), либо медно-цинковоколчеданные (Гай, Южный Урал, Уруп, Северный Кавказ и др.). В наиболее ярком виде этот тип месторождений широко распространен и детально исследован в герцинских комплексах Урала.

Оруденение здесь ассоциирует с субвулканическими, экс­трузивными и лавовыми фациями липарито-дацитового состава; разбито в областях бимодального липарит-базальтового вулканиз­ма и отчетливо контролируется вулканическими структурами. Месторождения образовывались на ранних стадиях эволюции энсиматических островных дуг и локализованы в пределах вулка­нических трогов.

Типичный геологический разрез представлен двумя контра­стными толщами: внизу — липаритовой, а вверху — базальтовой (рис. 32). Рудные пласты, линзы и ленты локализованы на грани­це этих толш и обычно венчают очередной вулканический цикл. В кровле залежей располагаются горизонты яшм, рудные гальки, пачки переслаивающихся алевролитов, туффитов и гематитсодер­жащих кремнистых пород. Выше залегает толща альбитизирован-

Рис. Схематизированный геологический разрез Гайского колчеданного месторождения (по В. И.Смирнову).

1 — рыхлые мезо-кайнозойскис отложения, 2 — крупнообломочные туфоконгломераты плагиопорфиритовых базальтов, 3 — лавы пироксен- гглагиопорфиритовых базальтов, 4 — игнимбритовидные витрокластические породы липаритового состава, 5 — кварцевые липарито-дациты, 6 — обвальные крупнообломочные агломераты андезито-дацитового состава, 7 — эксплозивная брекчия, 8 — порфирокластичсские игнимбриты, 9 — поздние габбро-диабазы, Ю

• шлаковые туфы плагиопорфировых базальтов, 11 — жерловые вулканические м вулканокластические породы, 12 — участки тех же пород, подвергшиеся интенсивному гидротермальному преобразованию, 13 — убогие медноколчеданные руды вулканогснно-метасоматического происхождения, 14 — богатые цинково- медноколчеданные руды вулканогенно-осадочного происхождения

ных пиллоу-лав. Непременными элементами разреза мссторояс- дений являются сложные, часто ветвящиеся тела эксплозивных брекчий, синвулканические разломы и радиолярисвыс горизонты в надрудной базальтовой толще.

Рудные тела формировались на придонном и донном уров­нях палеобассейнов. Обычно эти тела имеют сложную грибооб­разную форму. Верхняя пологая их часть сложена сплошными рудами, имеет пласто- и линзообразную форму и образовалась в локальных впадинах морского дна, а нижняя — представлена.

крутопадающим телом, состоящим из прожилково-вкрапленных руд. Эта часть возникла в рудоподводящих каналах.

В верхней части и рудных залежах наблюдаются следующие зоны (снизу вверх): 1) пирит-халькопиритовая, 2) пирит-халько- пирит-цинковая, свинцово-цинково-серебряная. В подрудной части месторождений выделяются аномалии меди, молибдена, кобальта и висмута, а в надрудной — ртути, бария, серебра, свин­ца и цинка. В нижней секущей прожилково-вкрапленной части месторождений помимо кварц-пирит-халькопиритового шток­верка, выделяются линзы и блоки кварцитов. Установлена гидро- термально-метасоматическая зональность; внутренняя зона, сов­падающая с центральными частями движения флюидных пото­ков — пирит-кварц-серицит-хлоритовая и внешняя — пропили- товая (хлорит-альбит-эпидот-кварц-пиритовая).

Рассмотренный подкласс характерен для палеозойских и мезозойских субмаринных вулканогенных формаций, но встре­чается и в докембрийских вулканических поясах.

Подкласс Куроко

Месторождения этого подкласса парагенетически связаны с полно дифференцированной известково-щелочной базальт-анде- зит-дацит-липаритовой субформацией и сложены свинцово-цин- ково-медными рудами. Месторождения приурочены к зрелым внутренним островным дугам; формируются в субдукционных об­становках в пределах подвижных поясов на гранигогнейсовой коре.

Наиболее яркими представителями данного подкласса явля­ются месторождения Алтая (рудноалтайский тип), Куроко (кол­чеданоносный миоценовый пояс Японии), Скандинавских кале- донвд, Пиритового пояса Испании и Португалии, докембрий­ских зеленокаменных поясов и ряда других провинций мира. Это самый важный и самый распространенный подкласс колчедан­ных месторождений.

В хорошо сохранившихся и слабо метаморфизованных ме­сторождениях миоценового пояса Японии (рудные районы Айзу, Вагаомоно, Хокуроку и др.) развиты сложные грибообразные руд­ные тела с нижней секущей штокверкообразной частью и верх­ней — субпластовой, стратиформной (рис. 33): В нижней развиты прожилково-вкрапленные пирит-халькопирит-кремнистые гапс- ангидрит-монтмориллонит-пирит-халькопиритовые (реже — сфалерит-галенит-кварцевые) и почти мономинеральные пири­товые с небольшой примесью халькопирита руды. В верхней час­ти пластовая или линзовидная залежь разделяется на ряд страти­фицированных зон (снизу вверх): пирит-халькопиритово-(сфале- рит-барит-кварцевая) (желтые руды); сфалерит-галенит-халько-

20-3177 153

Рис. . Месторождения, связанные с внутренней островной дугой (тип Куроко) (по JI. Бауману).

А — схематический профиль сульфидных геосинклинальных месторождений типа Куроко: 1 — толеитовые вулканические породы (частично пиллоу-лавы), 2 — известково-щелочные вулканические породы и туффиты, 3 — пирокласты, 4 — . риолиты, 5 — кислые туфы, 6 — сульфиды с ангидритом; Б — рудные месторождения типа Куроко: 1 — риолитовые лавы и пирокласты, 2 — туффитовые осадки, 3 — риолиты, 4 — брекчии эксплозивных пород (а — неминерализованная, б — минерализованная), 5 — черные сланцы (частично с ангидритом и гипсом), 6 — глинистые сланцы, подстилаемые железистыми кварцитами, и сланцеватая глина, 7

• жилы, 8 — штокверк с прожилками (“поперечное врезание”), 9 — полосчатые и массивные сульфиды, перекрываемые баритом, 10 — ангидрит, гипс, 11 — рудные инфильтрации и замещения в неуплотненных осадках; Типы месторождений и руд: I — трещинный тип (а — жилы, б — зона прожилков, “поперечное врезание” с рудными вкраплениями и метасоматизмом, II — стратиформный (а — желтые руды “Кейко”, б — черные руды “Куроко”), III — обусловленные инфильтрацией и замещением, IV — субмаринные остаточные руды (механическое выветривание)

пирит-пирит-баритовая (черные руды); баритовая (с кальцитом, доломитом и сидеритом) и венчает залежь яшмовый горизонт (ожелезненные кремни).

Для месторождений данного типа характерна четкая метасо- матическая зональность. В ее ядре развиты кварц-серицитовая и рудная ассоциации, далее следуют серицит-монтмориллонит- магнезиальнохлоритовая и серицит-монтмориллонит-альбит-ка- лишпат-железо-магнезиально-хлоритовая и по периферии отме­чается монтмориллонит-цеолитовая.

Подкласс Бесши (филизчайский) развит в терригенных фли-

шоидных толщах складчатых миогеосинклинальных поясов. Он

ассоциирует с внешней островной дугой и по характеру связи с

вулканизмом относится к дистальному типу. В рудовмещающем

разрезе обычно присутствуют редкие маломощные пласты лав,

субвулкан ические тела и дайки базальтового состава (недиффе- 154

Фоцыи л#-

яеречиои

бриония

Литера льнах

ЗШаьносли *-ор >- Ру

Строгий-

форшше

fO qUU

Рис. . Структурная и минералого-фациальная зональность эксгалядионно- осадочных геосинклинальных месторождений типа Раммельсберг (по Д.Ларджу).

1 — стратиформные сульфиды, 2 — стратиформный барит, 3 — стратиформныс окислы железа, 4 — сульфиды с поперечным врезанием и брекчия, 5 — вмещающие осадки, 6 — граница измененных пород, 7 — разлом. Принятые сокращения: Сс — халькопирит, Gn — галенит, Sp — сфалерит, Ру — пирит, Ва — барит, Нт — гематит

ротированная базальтовая субформация). Руды имеют медно- цинково-колчсданный состав (рис. 34, 35, 36).

Согласно концепции тектоники плит данный подкласс фор­мируется в субдукционных обстановках на удалении от центров спредингового вулканизма. Месторождения района Бесши (Япо­ния) представлены пластовыми лентообразными телами, зале­гающими в всрхнепалеозойской сланцевой толще, содержащей прослои базальтовых лав.

Руды залегают на пачках базальтовых вулканитов и пере­крываются толщей кремнистых сланцев с отдельными горизон­тами яшм. Процессы регионального метаморфизма смяли поро­ды и руды в линейные складки, в шарнирах которых отмечаются переотложенные прожилковые и штокверковые медноколчедан­ные ассоциации. Изотопный состав серы и свинца указывает на мантийный источник рудного вещества.

В заключение отметим основные черты данного класса ме­сторождений: 1. Наиболее активно рудоотложение протекало в стадии, когда интенсивность вулканизма резко сокращалась, а глубоководные условия сменялись мелководными. 2. Основная масса руд накапливалась в конце вулканического цикла. 3. Ис­точником медной минерализации были мантийные базальтоид- ные, а свинцово-цинковой — либо коровые, либо смешанные

Рис. 35. Геологический разрез центральной части Филизчайского месторождения (по Н.Н.Шатагину и С.А.Сандомирскому).

1 — горизонт аргиллитов с редкими маломощными прослоями алевролитов и песчаников, 2 — горизонт монотонных аргиллитов, 3 — средняя пачка песчаников, 4 — нижняя пачка аргиллитов, 5 — полосчатые колчедан но-поли металлические руды, 6 — пирротиновые руды, 7 — пятнистые пирит-пирротиновые руды, 8 — разрывные нарушения, 9 — кварц-сульфидные прожилки, 10 — буровые скважины: а — лежащие в плоскости разреза, б — не попавшие в плоскость разреза

мантийно-коровые комплексы. 4. По мере усиления степени дифференциации рудовмещающих субмаринных вулканических комплексов натровые вулканиты сменяются калинатровыми.

CuZnFeS₂ (Cu)PbZnPeS₂ PbZnfeS*

Кац-Дагское ^илизчзйское Катлхское

Рис. 36. Обобщенный рудноформационный ряд колчеданно-полиметаллических месторождений в терригенных толщах Большого

Кавказа (по Н.К.Курбанову, Э.И.Кутыреву в интерпретации В.Д.Конкина и др.).

1 — комплекс пород основания, 2 — унимодальные вулканиты базальтовой формации; породы рудовмещающей углеродисто- терригенной флишоидной толщи, 3 — углеродистые метаалевропесчаники, 4 — углеродистые метаалевро-глинистые сланцы, 5 — углеродистые метаалевроглинисто-карбонатные сланцы, 6 — рудные тела колчеданно-полиметаллического состава, 7 — рудо- и магмовыводящие разломы