книги из ГПНТБ / Москалева, С. В. Гипербазиты и их хромитоносность

зоны не могут одновременно зарождаться столь физически и геохими­ чески различные продукты как дунит-гарцбургиты, диаллагиты, габбро и, как утверждают некоторые, даже граниты.

Следовательно, существование каждой такой специфической глубинной области и обусловливает возможность возникновения «слоев земных». Судя по геологической направленности породообразоваиия (ультраосновные основные — кислые) и по физической и геохимической характеристике возникающих в его результате продуктов, наиболее целесообразно то наименование, «слоев» Земли, которое существовало до последнего времени — перидотитовьтй, базальтовый, гранитный. Так как гарцбургигы являются наиболее ранними и плотными земными образованиями, то следует полагать,

его метаморфизма (диаллагиты, эклогиты, габбро), являются произ­ водными тех или иных горизонтов земной коры.

Если принять это положение, то остаются неясными два момента.

1.Геологическими исследованиями отчетливо устанавливается, что переход от «мантийного» дунит-гарцбургпта к «коровым» диаллагиту, эклогиту и другим породам весьма постепенен, что должно бы отразиться в соответствующей смене физических полей Земли. Между тем в подавляющем большинстве случаев мантия резко отде­ ляется от основания земной коры поверхностью Мохоровичича.

2.Если вещество мантии формируется в результате постепенных преобразований, эдукты и продукты которых по физическим свой­ ствам близки, то почему же в ее пределах устанавливаются физи­ чески неоднородные участки [390]?

Детальное рассмотрение этих «противоречивых» моментов обна­

руживает следующее.

До сих пор было принято считать, что поверхность Мохорови­ чича, установленная геофизическими исследованиям, является границей раздела между нижележащим «перидотитовым» и выше­ лежащими «базальтовым» и «гранитным» слоями. При этом боль­ шинство исследователей, отделяя перидотитовые массы от всех осталь­ ных, исходят из предпосылки о том, что ультраосновным породам свойственны наибольшие значения магнитной восприимчивости, плотности и скоростей упругих воли. Однако специальные исследо­ вания петрофизических особенностей ультраосновных пород дунитгарцбургитового ряда, результаты которых изложены выше в спе­ циальном разделе, показали, что все их физические свойства не­ постоянны и варьируют в весьма широких пределах — от собственно «перидотитовых» до «базальтовых» и вполне «гранитовых», и обусло­ влено это характером и степенью вторичных изменений гипербазитов. При этом устанавливается, что в ультраосновных породах геосинклинальных областей собственно «гипербазитовые» показатели плот­ ности а и скоростей волн v представляют скорее исключение, чем правило, а высокие показатели магнитных полей фиксируют не сами гипербазиты, а лишь зоны разломов, их рассекающие [147, 149, 150].

2 5 3

Геолого-петрологические исследования, результаты которых также изложены выше, показали, что в процессе геосинклныальной эволюции гипербазитовые массы подвергаются разуплотнению, что и способствует понижению в них значений о и v. На этом основании можно предположить, что в складчатых областях поверхность Мохоровичича скорее всего представляет собой нижнюю границу возможного метаморфизма ультраосновных пород, и, следовательно, расстояние в таких областях до поверхности Мохоровичича является расстоянием до неизмененных гнпербазитовых масс, т. е. до гипербазнтовых масс, не прошедших стадии геосинклиналыюй эволюции.

Так как метаморфические преобразования гнпербазитов, способ­ ствующие их разуплотнению, предопределены и обусловлены геосинклииальиым развитием, то очевидно, что расстояние до поверхности Мохоровичича в той пли иной складчатой области дает возможность судить о глубине заложения геосинклинали.

Каждая новая складчатость способствует дальнейшему разуплот­ нению и рассеянию подкорового вещества. Поэтому, чем более длительную и сложную геосинклинальную эволюцию претерпел регион, тем менее вероятно сохранение первородных свойств гипербазитов и тем глубже поверхность их неизмененных масс, т. е. Мохоровичича. Из этого следует, что высокое положение свежих неизмененных гнпербазитов, и, следовательно, их верхней границы — поверхности Мохоровичича — возможно лишь в таких участках нашей планеты, которые либо не проходили стадий геосииклннальпого развития, либо оно было в них ограниченным (первичные гео­ синклинали). Если это предположение справедливо, то именно раз­ личным характером развития отдельных участков пашей планеты можно объяснить разную глубину залегаиия поверхности Мохоро­ вичича. Возможно, что именно этим определяется и установленная Р. М. Деменицкой [53] для полициклических областей наибольшая мощность коры в участках наиболее молодой складчатости.

Помимо серпентинизации гипербазиты претерпевают и другие преобразования — диопсидизацию, эклогнтизацню. габброизацшо, ведущие к формированию пород «базальтового» слоя. Каждый из этих процессов обусловливает существование плотности пород до 3,0— 3,4 г/см3, а скорости волн — до, 8000—8100 м/сек. Однако нередко все эти процессы происходят после того, как область предварительно испытала геосипклинальиое развитие, и в таких случаях они про­ текают по ранее серпентинизированным и разуплотненным ультра­ основным породам с пониженными скоростями упругих волн (3400—7100 м/сек), как, нацример, на Урале. В этих случаях вверх по разрезу зоны пониженных скоростей сменяются очень высокими, соответствующими, по современным представлениям, мантийным. Погребенные участки широкого развития таких пород вполне могут быть приняты за выступы подкорового слоя, ими не являясь. В тех же случаях, когда под ними расположен горизонт серпентипизироваиных и разуплотненных гнпербазитов с понижен­ ными скоростями, создается впечатление неоднородности верхних

254

горизонтов лгаитии и, следовательно, существования в ней слоя пони­ женных скоростей.

С этой точки зрения, по-видимому, не случайно, что в тех участ­ ках основания земной коры, где развит «смешанный» слой, пред­ ставляющий, как полагают, зону перехода от мантии к коре, отме­ чаются и наибольшие неоднородности в маптии, свидетельствующие об ее разуплотнении [300]. По данным В. В. Белоусова [19], участки с такой физической характеристикой свойственны преимущественно подвижным областям. Таким образом, неоднородности физических полей свойственны не мантии, а плотным слоям, ее покрывающим и представляющим собой ншкиие горизонты земной коры.

Как было показано выше, хромитоносные гипербазиты и связан­ ное с ними эндогенное оруденение возникают в глубоких горизонтах нашей планеты — в подкоровом слое Земли. Этот процесс завершает начальные этапы дифференциации земного вещества, в итоге которых в мантии «оседают» в виде ионов, минералов, пород наиболее плотные по Rl соединения. Наиболее ранними являются самые плотные из известных пород — эпстатититы. Их преобразования способствуют возникновению сначала гетерогенных образований — гарцбургитов, а затем, по мере развития процесса упорядочения вещества, — мономинеральных соединений, наиболее однородных по составу, т. е. дунитов и хромитовых руд. Поскольку в разных точках земного шара условия подкорового слоя в общем постоянны, то, по-видимому, хромиты в его пределах обособляются в определенный горизонт, развитие которого сравнительно равномерно. Совершенно очевидно, что мощность этого горизонта обусловлена степенью дифференциации земного вещества, которая, возможно, пропорциональна ее длитель­ ности.

В областях, не подвергшихся геологическим катаклизмам, нарушающим ход естественной дифференциации вещества, мантий­ ный цикл породообразования сменяется возникновением диаллагитов, габбро и других пород, приводящим в итоге к формированию «базальтового» слоя земной коры. Этот коровый цикл процессов трансформирует и уничтожает материал подкоровых масс, включая их оруденение. В то же время в его итоге возникает новая гамма металлического оруденения — платиноиды, тптаномагиетит, никеле­ вые руды. Однако в большинстве районов земного шара такой равно­ мерный ход дифференциации земного вещества в коре прерывается резким подъемом подкоровьтх масс, вызывающим рпфтообразование. В таких участках позднее начинаются геосинклпнальные процессы, на больший или меньший период времени прекращающие в них глубинные преобразования и развитие.

Степенью сохранности подкоровых масс, вскрываемых рифтом, характеризуется степень их геосинклинальной переработки, вслед­ ствие которой в наиболее молодых складчатых системах полицикли­ ческих областей мантийный материал либо отсутствует, либо пред­ ставлен мелкими, значительно переработанными массами. Учитывая все это, можно предположить [146], что непосредственный переход

255

плотного мантийного материала в разреженные условия земной коры возможен только однажды — в начале мегациклов, выделенных Г. Штилле [381]. Так как непереработанный мантийный материал слагает борта первичных рифтовых долин, то можно расширить вывод н предположить, что и рифтообразование, вызванное подъемом подко­ ровых масс, тоже происходит только однажды — в начале мегациклов, выделенных Г. Штилле. Из этого следует, что появление рифта служит причиной возбуждения геосинклинальных процессов, и потому области молодых рифтов, наблюдаемых ныне, являются заро­ дышами будущих геосинклиналей — протогеосинклиналей.

Входе геосинклинальных процессов подкоровые массы и их эндогенное оруденение подвергаются серии последовательных низко­ температурных преобразований, способствующих их разуплотнению, разубожйваншо, рассеянию п уничтожению. В итоге это приводит

кисчезновению эндогенного оруденения подкоровых масс — хроми­ тового оруденения, но способствует появлению нового оруденения гнпербазитов — асбеста, который, однако, в результате наложения последующих этапов геосинклинального развития также исчезает.

Судя по присутствию в бортах современных рифтовых долин не только дунит-гарцбургитов, но и лерцолитов, диаллагитов, оливиновых габбро и других пород, следует полагать, что рифт может закла­ дываться не только на подкоровом слое, но и на любых других слоях, примерами которых служат впадина Романш в Атлантическом океане, зоны существенно лерцолитовых поясов Средиземноморья, СихотэАлиня, сложенные породами низов базальтового слоя. В тех же областях, где процессом рифтогенеза обнажен иодкоровый слой, первичная геосинклиналь имеет фемический характер.

Витоге можно сказать, что генезис любого оруденения гипербазитов тесно связан с историей развития подкоровых масс и их дальней­ шей эволюцией в ходе развития региона. Каждый новый геологи­ ческий цикл обусловливает преобразование и постепенное уничтоже­ ние подкоровых гипербазитовых масс и руд, возникших в предыду­ щем цикле, но он же способствует появлению новых, для него первич­ ных, пород и руд. Глубинные преобразования гнпербазитов в ста­ бильных областях способствуют возникновению на различных уров­ нях Земли (в мантии и в коре) серии металлических полезных иско­ паемых. Геосинклинальные процессы, протекающие в обстановке

пониженных давлений, приводят к уничтожению металлических и появлению неметаллических полезных ископаемых гипербазитовых формаций.

ПРАКТИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ К ПОИСКАМ ХРОМИТОВЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ

Итак, хромитоносные гипербазиты и их эндогенное оруденение — хромитовые руды — возникают в подкоровом слое Земли, а попадая в условия земной коры претерпевают серию изменений, способству­ ющих уничтожению их крупных концентраций. Из этого теоретического

256

вывода следует, что главной задачей поиска является, с одной стороны, обнаружение таких зон и участков, в которых процессы разубоживаипя руд проявлены минимально, а с другой — оценка имеющихся площадей с точки зрения их потенциальной хромпто-

выявления зон максимальной хромитоносности. В этом случае после констатации присутствия в регионе ультраосновных пород необхо­ димо установить их формационную принадлежность. Промышленно хромитоиоснымп являются гипербазиты только дунит-гарцбурТито­ вой формации, поэтому наличие пород этой формации является первым и обязательным условием потенциальной хромитоносности регионов.

Следующей задачей прогнозирования является выяснение возмож­ ного объема проявления гипербазитов хромитоносной дунпт-гарц- бургитовой формации и оценка степени сохранности в них хромито­ вого оруденения. Так как сохранность зависит от тектонической эволюции дуиит-гарцбургитовых масс, то очевидно, что решение второй задачи возможно лишь на основе анализа структурной пози­ ции гипербазитовых поясов региона.

К наиболее перспективным относятся пояса I категории, распо­ ложенные на границе сочленения эвгеосинклиналей с крупными тектоническими структурами высшего порядка (платформами, щи­ тами), испытывавшими устойчивый режим воздымания на протяже­ нии мегацикла. Такие пояса сложены наиболее крупными гипербазитовыми массами. В пределах поясов этой категории наиболее перспективными для обнаружения крупных хромитовых залежей являются участки, лежащие под «фундаментом» геосинклинали и вскрытые среди его наиболее древних толщ.

Гипербазиты поясов I категории, слагающие крупнейшие массивы в современном эрозионном срезе (тысячи квадратных километров), представляют собой относительно слабо переработанные геосинклинальной эволюцией борта рифтовых долин и, по-видимому, своими корнями уходят в мантию. Вследствие относительно слабой переработаниости они содержат по сравнению с поясами другого типа наименее разубожеиное оруденение подкорового слоя — хромит — и потому обладают наибольшей потенциальной хромитоиосностыо. На территории СССР к этому тину относится Кемппрсайский пояс Урала в областях воздымания древних толщ (Полярный Урал и особенно Южный и Примугоджарье), а также Восточно-Камчатский пояс, являющийся северным продолжением Индонезийского. В обла­ стях же погружения древних свит (юг среднеуральской части пояса), где интенсивно проявились геосинклинальные процессы, широко

Породы поясов I категории сравнительно слабо дислоцированы и серпентинизированы. Для внутреннего строения сложенных ими массивов типична сохранность элементов прототектоники дунитгарцбургитов, преобладание редких, преимущественно линейных зон дробления над мозаичными, совпадение ориентировки зон дро­ бления с простиранием линейного — Главного регионального плана (кемппрсайско-кракпнский тип массивов). В геофизических полях массивы проявлены неотчетливо, и интерпретация данных по ним дискуссионна. Типичные линейные положительные аномалии ДТ свойственны лишь зонам разломов, но обычно невысоки, поля Ag переменны.

К менее перспективным (II категория), но широко распространен­ ным относятся пояса, окаймляющие срединные выступы или геоантиклинальные поднятия внутри эвгеосниклиналей, на тех или иных стадиях развития складчатой области вовлеченные в геосинклинальпую историю. В этих поясах гипербазиты слагают более мелкие, чем в поясах I категории, массивы, которые нередко представляют собой блоки, отчлененные от погребенных дунит-гарцбургитовых масс и интенсивно метаморфнзованпые. Вследствие этого потенциаль­ ная хромитоносность в пределах таких поясов увеличивается с глу­ биной. Хотя в современном эрозионном срезе гипербазиты этих поя­ сов могут быть представлены совсем мелкими массивами, размером до нескольких километров, их структурная позиция является доста­ точным основанием для проявления бдительности при изучении зоны их распространения с целью обнаружения возможных более крупных масс со значительным хромптовым оруденением. Амплитуда геосинклинальной переработки пород таких поясов для разных регионов различна, но может быть определена по глубине залегания неразупдотненных (песерпентинизированных) гнпербазитов геофизическими методами.

Массивы таких поясов характеризуются отчетливым блоковый! строением. Элементы прототектоники в них с трудом различимы, при­ чем только в пределах сохранившихся от серпептинизацип массивных «ядер» гнпербазитов. В геофизических полях пояса этого типа харак­ теризуются высокими положительными линейными полями АТ и отри­ цательными Дg при мозаичном характере полей над отдельными мас­ сивами. На территории СССР к этому типу относятся восточно-ураль­ ские «внешние» гипербазитовые пояса, а также (по предварительным данным) Южно-Тувинский и Восточно-Тувинский пояса, Джидннский пояс Забайкалья, Дзабханский массив Монголии, пояса Запад­ ной Камчатской зоны.

К наименее перспективным относятся пояса (III категория), состоящие из коротких цепочек мелких тел, обнаженных в антикли­ нальных поднятиях аптиклинориев и синклинориев. По характеру внедрения они представляют собой несомненные тектонические блоки, а по стадии эволюции — реликты многократно нарушенных, переработанных и разубоженных хромнтоносных гипербазитовых масс. Геофизическая стюмка над массивами этого типа фиксирует

258

отрицательные значения Ag, при переменных, чаще слабо положи­ тельных значениях АТ. В СССР к этому типу относятся «внутренние» пояса и средняя часть Кемпирсайского пояса Урала, подавляющая часть поясов Казахстана, пояса Алтае-Саяыской области, Кавказа, и Северо-Востока.

К р и т е р и и л о к а л ь н о г о п р о г н о з а заключаются в оценке степени хромитоносностн конкретных объектов, расположен­ ных в пределах того или иного пояса, его участка, массива или от­ дельных частей последнего. В то время как критерии регионального прогноза предусматривают преимущественно потенциальную хромитоиосность, критерии локального прогноза могут быть использованы при оценке как потенциальной, так и реальной хромитоносностн пояса, массива, участка и т. д.

Прогноз потенциальной хроминосности заключается в оценке степени вероятности присутствия рудных концентраций в данном поясе, массиве, участке и т. д. Первым фактором оценки является присутствие пород дунит-гарцбургитовой формации, среди которых к собственно хромитоносным относятся только дуниты или близкие им по составу дунит-гарцбургиты. В то же время исследования показывают, что для возникновения промышленных концентраций хромита важно не только значительное присутствие дунитов или дуцит-гарцбургитов, но именно значительные их площади. Так, широко развитые, но маломощные дунитовые (и дунит-гарцбургито- вые) прослои среди гарцбургитов (кракииский тип) не могут слу­ жить источником крупных рудных скоплений, тогда как крупные локализованные массы гарцбургит-дунитов и дунит-гарцбургитов (кемпирсайский тип) являются материнскими для крупнейших концентраций хромита. Иными словами, второй фактор оценки по­ тенциальной локальной хромптоиосности может быть сформулирован следующим образом: среди массивов дунит-гарцбургитовой формации наиболее благоприятными для обнаружения хромитовых месторожде­ ний являются такие, которые содержат значительные массы дунитов (или близких к ним по составу дунит-гурцбургитов) собственно дунит-гарцбургитовой формации. В массивах же, сложенных соб­ ственно гарцбургитами и продуктами их неполной диопсидизации — лерцолитами, маловероятно присутствие промышленных концен­ траций хромита (например, Нуралинский массив Урала, пиренейская и швейцарская части Средиземноморского пояса и т. д.). Поэтому с точки зрения потенциальной хромитоносностн такие массивы наименее перспективны.

Прогноз реальной хромитоносностн конкретных массивов или их частей заключается в предварительной оценке реального объема н качества руд, а также размещения рудных тел внутри массивов на основе анализа имеющихся геологических материалов.

Как уже указывалось, на качество руд и степень их сохранности влияют дробление и последующий метаморфизм пород. Дробление способствует измельчению хромитоносных массивов и заключенных в них рудных тел. Поэтому в мелких телах (блоках) трудно ожидать

сохранения крупных концентраций. Процессы метаморфизма способ­ ствуют постепенному снижению качества руд, а затем и полному их исчезновению. Так, хлоритизация, диопсидизацпя, габброизацня в начальных проявлениях способствуют выносу хрома с замещением его алюминием, что снижает качество хромита, обусловливая переход его из класса высококачественных металлургических руд в более низкокачественное сырье для химической и огнеупорной промышлен­ ности. При более интенсивном развитии этих процессов и возникнове­ нии собственно диаллагитов, габбро и других пород происходит полное разрушение хромшппнелнда, ведущее к уничтожению сложен­ ных им руд. Поэтому области широкого распространения диаллаги­ тов и габбро неблагоприятны для сохранения значительных рудных концентраций. Точно так же, если слабая серпентшшзация (лизардитовая стадия) не оказывает значительного влпяння на качество хромитовых руд, то более интенсивная, приводящая к появлению асбеста пли антигорита, способствует уничтожению хромитовых зале­ жей. Поэтому области собственно асбестообразования и антигоритизации мало перспективны на возможность сохранения в них крупных рудных скоплений.

Таким образом, в зависимости от степени дробления, характера и интенсивности наложенных метасоматических преобразований реальная хромитоносность потенциально хромитоносных объектов может оказаться ничтожной. Поэтому при прогнозировании реаль­ ной хромитоносности необходимы точные данные об элементах вто­ ричных структур п составе пород, слагающих массивы или их участки.

Большое значение при прогнозах п поисках хромитового оруде­ нения имеет петрофизический анализ геофизических полей, который дает возможность: 1) разграничить погребенные массы хромитонос­ ной дунит-гарцбургитовой п нехромитоносиой дуиит-диаллагит- габбровой формаций и 2) выделить в пределах дунит-гарцбургитовой формации участки, более перспективные для поисков хромитового оруденения.

Современное положение рудных хромитовых тел в массивах двой­ ственно: редковкрапленные руды лежат in situ согласно прототекто­ нике; наиболее ценные сплошные, густо- и средневкрапленные руды имеют вторичное залегание, определяющееся пострудной тектоникой. Их размещение контролируется движениями трех типов: 1) ранних нарушений, способствующих будииажу рудной массы и возникнове­ нию цепочек линз; 2) более поздних блоковых смещений, сдвигающих разлинзованные руды и вмещающие их боковые породы на 1000 м

иболее; эти движения обусловливают появление различных рудных полей в пределах одного массива; 3) частных подвижек, создающих мелкие, нередко многоступенчатые «рои» рудных тел, отрывающие их от материнской породы. Смещения I типа, как правило, происхо­ дят в направлении первичного главного глубинного разлома региона

имогут быть рассчитаны при прогнозировании. Движения второго

итретьего типов индивидуальны для каждого региона и каждого

260

массива и потому выявляются лишь на основе анализа структурных данных по конкретным массивам.

Итак, возникновение и эволюция хромитовых руд тесно связаны со всей геологической историей пород дунит-гарцбургитовой формации в ходе которой различаются два этапа: образования и преобразования пород.

Этап образования пород дунит-гарцбургитовой формации и при­ сущего ей хромнтового оруденения происходит в подкоровом слое Земли. Главным результатом всех процессов этого этапа является формирование рудных концентраций в итоге серии породообразу­ ющих процессов, направленных в сторону перехода многокомпонент­ ного полиминеральиого гарцбургитового субстрата в более однород­ ные по химическому составу мономинеральные дуииты и хромититы. Масштаб хромитообразования и обогащенность хромитовых концен­ траций Сг20 3 прямо пропорциональны стадии и интенсивности этих процессов. Каждая из стадий этого перехода фиксируется составом не только руд, но и пород. Поэтому состав и объем ультраосновных пород являются важным оценочным критерием хромитоносности.

В условиях земной коры гипербазиты дунит-гарцбургитовой формации и присущее им хромитовое оруденение подвергаются только преобразованиям. Суть процессов второго этапа состоит в при­ способлении наиплотнейшпх мантийных масс к разреженным условиям земной коры, что ведет к соответствующим изменениям состояния и состава подкорового вещества. Итогом этого процесса является разубоживание и уничтожение душгт-гарцбургитов и их составной части — хромитового оруденения.

Масштаб и интенсивность процессов этого этапа определяют саму возможность присутствия, объем и степень сохранности хромитового оруденения. Характер и интенсивность процессов обусловливаются типом тектонического развития того или иного участка коры п находят отражение в структурной позиций хромитоносных гипербазитов. Поэтому важнейшим фактором регионального прогноза явля­ ется выяснение тектонического положения гипербазитов дунитгарцбургитовой формации.

Рассеяние хромитопосиых гипербазитовых масс происходит меха­ ническим и химическим путем. Динамические нарушения способ­ ствуют раскалыванию их на блоки н дальнейшему измельченшо. Хромитовые залежи при этом также дробятся, подвергаются будпиажу, разнотипным смещениям, нарушающим их первичное залега­ ние в гипербазитах и уменьшающим размеры хромитовых тел. Одно­ временно с этим в ходе коровых преобразований меняется химический состав хромнтоносных гипербазитов, которые обогащаются чуждыми им элементами, теряя первородные. Это приводит, с одной стороны, к усложнению состава, а с другой — к химическому разубоживаншо пород и руд. Характером и интенсивностью таких метаморфических

261