Гидротермально-осадочные месторождения

К категории особых, усложненных явлений, происходящих в ходе диагенеза осад­ков, следует отнести формирование гидротермально-осадочных месторождений. Этот термин введен Х.Офтедалем и В.И.Смирновым. Месторождения формируются син­хронно с накоплением осадков и их диагенезом, но состав поровой влаги усложнен проникновением в осадки минерализованных (в том числе рудоносных) растворов (рис. 93). Идут обычные для диагенеза физико-химические и биологические процессы, осадок уплотняется, перекристаллизовывается, в нем протекают реакции изменения одних и кристаллизации других минералов. В зависимости от состава гидротермаль­ных растворов, пропитавших илы, образуются разные минеральные (в том числе про­мышленные) послойные (стратиформные) месторождения — медные, полиметалличе­ские, свинцово-цинковые, железорудные, железомарганцевые. Гидротермальные рас­творы могут иметь различное происхождение, связанное с вулканической деятельно­стью, интрузивными процессами, мантийными явлениями. По генетическим особенно­стям эти месторождения относятся, в равной мере условно, как к экзогенным, так и к эндогенным.

Рис. 93. Идеальные схемы формирования гидротермально-осадочных месторождений (Синяков, 1987).

Стрелками указаны пути миграции гидротермальных растворов и вулканических эксгаляций.

Особую известность получили сейчас так называемые "

черные курильщики". Они представляют собой постройки в рифтовых зонах на дне океанов, сложенные баритом, ангидритом, кальцитом, пирротином и возвышающиеся над уровнем дна на 50— 100 м. Из отверстия в их центре идет черный дым, а морская вода вокруг имеет рН около 4 и температуру до 300 — 400°С и обогащена различными металлами и метаном. Природ­ные осадки насыщаются этими металлами, и в ходе диагенетических преобразований в них формируется рудная минерализация.

Стадийность процессов образования минералов. Генерации и парагенезисы

Формирование любого минерального месторождения является длительным много­стадийным процессом. Минералы образуются в нем в определенной последователь­ности, отражающей характер изменений химического состава среды, давления и тем­пературы. Эти изменения могут происходить плавно, пульсационно, ритмично—все зависит от геологической обстановки формирования минерального месторождения и источников вещества. При этом один и тот же минерал может кристаллизоваться на протяжении какого-то одного промежутка времени, либо в его образовании могут быть перерывы, разделенные, например, тектоническими подвижками или отложе­нием других минералов. Разновременные (разорванные во времени) порции вещества (совокупности кристаллов и зерен) одного и того же минерала называются генераци­ями (поколениями) минерала (рис. 94).

В одном и том же месторождении бывает по несколько генераций (поколений) кварца, кальцита, пирита, слюд и т.д. Зерна и кри­сталлы разных генераций одного и того же ми­нерала могут отличаться по морфологии, раз­меру, составу, свойствам. Как следствие таких различий, они могут иметь и разную промы­шленную ценность, так как нередко они ведут себя по-разному в процессах рудоподготовки и обогащения руд. Типичной является также неравномерность распределения в объеме ме­сторождения разных генераций минералов.

Совокупность минералов, образовавшихся при сходных физико-химических условиях в одну и ту же стадию процесса, назовем параге­незисом, а все множество минералов, образо­вавшихся в месторождении, — его минераль­ной ассоциацией. Наблюдения показывают, что месторождения каждого из описанных вы­ше типов характеризуются своими специфи­ческими минеральными ассоциациями. Это имеет большое значение при поисках и геоло­гической разведке месторождений полезных ископаемых. Точно так же многие пара-генезисы являются типичными, повторяющимися в природе сочетаниями минералов. Это было подмечено еще М.В.Ломоносовым и В. М. Севергиным, а термин "параге­незис" был введен А. Брейтгауптом в 1849 г. Изучение парагенезисов минералов по­зволяет вскрыть физико-химические условия их образования. Это направление ис­следований в минералогии развито за рубежом трудами В. Гольдшмидта, П. Эскола, Ф.Тернера, Дж.Томпсона, а в СССР трудами А.Г.Бетехтина, Д.С.Коржинского, В. А. Жарикова и др.

СКОРОСТЬ РОСТА КРИСТАЛЛОВ

Наблюдения над зональным внутренним строением кристалла позволяют просле­дить эволюцию габитуса кристалла в процессе его роста, а наблюдение над пирами­дами нарастания граней дает представление об относительных скоростях роста разных граней (см. рис. 38). Абсолютные скорости роста природных кристаллов определены лишь в нескольких случаях для процессов современного минералообразования

Как следует из табл. 22, они очень малы. Оценить достоверно скорость роста кристаллов при образовании древних эндогенных месторождений еще никому не удалось. В связи с постановкой этого вопроса можно привести ряд цифр.

Первая характеризует время застывания глубинного очага магмы. По разным оцен­кам для глубин в первые километры оно составляет 10—30 млн. лет. Вторая отно­сится к гранитным пегматитам, время формирования которых оценивается в 10 — 60 млн. лет. Сколько из них приходится на рост кристаллов полевого шпата, кварца

Рис. 94' Лве генерации выделений це­лестина (Юшкин, 1966).

На субстрате нарастали кристаллы первой генерации, затем на них отло­жилась сера (черное), после чего нача­лось образование целестина второй ге­нерации.

Таблица 22. Возможная продолжительность разрастания природных кристаллов на 1 см, оцененная по непосредственным наблюдениям

Минерал,	Местонахождение	Время	Исследователи
минеральное		разрастания
образование		кристаллов
Пироксен	Базальтовый расплав	2,6 — 6 ч	A.A. Леонтьев
Гематит	Трещины в лаве,	5 ч	А. Брейтгаупт
	вулкан Везувий
Оливин	Базальтовый расплав	8 — 56 ч	A.A. Леонтьв
Плагиоклаз	Базальтовый расплав	8 — 12 ч	A.A. Леонтьев
Галит	Соляные озера	50 ч	Д. П. Григорьев,
			А.Г.Жабин
Галит	Соляные озера	Несколько	М. Г. Валяшко
	(Прикаспий)	дней
Сильвин	Соляные озера	Несколько	Д. П. Григорьев,
		дней	А.Г.Жабин
Арагонит	Минеральные	Полмесяца	Д. П. Григорьев,
	источники,		А.Г.Жабин
	Карловы Вары
Сфалерит	Челекенские	1 мес.—	Л. М. Лебедев,
	горячие воды	2 года	И. Б. Никитина
Сфалерит и	Полиметаллические	6 —12 лет	А.Г.Жабин
галенит	руды, Квайсы, Кавказ
Пирит	Конкреции в осадках,	10 лет	Р. Беркер
	шт. Коннектикут
	(США)
Гипс	Сакское озеро,	от 3 до	А. Б. Ферсман
	Крымский п-ов	25 лет
Ильменит	Лавовый поток	70 — 90 лет	К. С ashman,
			В. Marsh
Магнетит	Лавовый поток	110 лет	К. Cashman,
			В. Marsh
Плагиоклаз	Лавовый поток	310 —	К. Cashman,
		570 лет	В. Marsh
Железные	Лно Черного моря	250—	И. И. Волков,
конкреции		350 лет	В. Ф.Савостья-
			нов
Кальцит	Сталактиты, пещера	500 —	Ю. Петранек,
	Домица (Чехия)	2000 лет	3. Поуба
Опал	Австралия	20 тыс. лет	А. А. Годовиков
Флогопит	Метаморфогенное	60 тыс. лет	В.Н.Гулий,
	месторождение,		Е. Р. Друбецкой
	Алдан
Марганцевые	Дно Тихого океана	300 —	Д. П. Григорьев,
конкреции		400 тыс. лет	А.Г.Жабин
Доломит	Илы озера	200 млн. лет	М. Петерсон,
	Дип-Спринг, США		Дж. Биен

и других минералов? Э.К.Герлинг на основе радиогеохронологических определений показал, что длительность образования турмалина в пегматитах была много более 10 млн. лет. Третья цифра относится к времени формирования Ковдорского массива и флогопитового месторождения (Мурманская область). По радиогеохронологическим оценкам В. А. Кононовой оно составляет около 30 млн. лет. Сколько из них приходится на рост кристаллов флогопита? Они имеют здесь разные размеры, есть гиганты до 2,5 м в поперечнике и до 0,5 м по толщине пластин. Еще одна цифра является резуль­татом радиогеохронологического определения В, Н. Гулием и Е. Р. Друбецким возраста одного кристалла флогопита в его центре и на расстоянии 15 см от центра. Кристалл взят из слюдяного месторождения в докембрийских толщах Алданского щита. Раз­ница в возрасте составила 1 млн. лет. Хотя эта цифра повторена, а эксперименты производились особо тщательно, она перекрывается погрешностями опыта. Все же, если сравнить ее со временем роста марганцевых конкреций на дне Тихого океана (см. табл. 22), эта цифра — 60 тыс. лет на 1 см—не кажется невозможной. Определение реальных скоростей роста кристаллов при формировании минеральных месторожде­ний— дело будущего. При этом придется учитывать все стадии их роста, остановок в росте и растворения. МИНЕРАЛОГИЧЕСКИЕ ИНДИКАТОРНЫЕ ПРИЗНАКИ. ТИПОМОРФИЗМ МИНЕРАЛОВ

Кристаллизуясь в минеральных месторождениях в разных условиях, минералы при­чинно связаны с образующей их средой, ее фазовым состоянием, физико-химическими условиями, геологическими факторами. В результате у каждого типа месторождений имеется свой набор минералогических индикаторных признаков. Во-первых, это ти­пичная ассоциация минералов, во-вторых, типичный характер строения пород, руд и минеральных агрегатов, в-третьих, типичные особенности морфологии, химического состава, структуры, физических свойств минералов. Есть минералы, у которых эти индикаторные признаки проявлены очень ярко. Их называют типоморфными мине­ралами.

Рис. 95. Эволюция (а-е) облика кристаллов флюорита в про­цессе роста в некоторых вольфрамитовых месторождениях За­байкалья.

Термин "типоморфный минерал" введен Ф. Бекке в 1903 г. для обозначения минера­лов, наиболее характерных для тех или иных продуктов регионального метаморфизма. В дальнейшем У. Грубенманн, Г. Шнейдерхён и П. Ниггли выделили типоморфные ми­нералы для других месторождений. В 1931 г. А.Е.Ферсман выделил около 70 типо-морфных минералов, характеризующих отдельные стадии процесса; одновременно он указал на то, что типоморфными могут быть также ассоциация минералов-спутников,

Рис. 96. Облик кристаллов кальцита в разных рудах (Вильке, 1952).

морфология кристаллов, состав минерала, его свойства. В 1952 г. В.А.Франк-Каменецким было введено понятие "структурный типоморфизм"—реакция кристал­лической структуры минерала на условия его образования. В дальнейшем выявле­ние и изучение типоморфных минералов привело к созданию учения о типоморфизме минералов. Оно связано прежде всего с именами А.И.Гинзбурга, Е.К.Лазаренко, В.И.Павлишина, Н.В.Петровской, Ф.В.Чухрова. По определению Е.К.Лазаренко, учение о типоморфизме минералов—это раздел минералогии, изучающий минералы и их особенности, которые отражают условия образования минералов и содержащих их руд и пород. Н.П.Юшкиным в 1976 г. введен закон минералогического резонанса. В нашей формулировке он звучит так: всякое изменение в минерале является отра­жением изменений в минерал ©образующей среде.

Рис. 97. Эволюция облика кристаллов каль­цита по мере понижения температуры.

Слева — общий вид, справа — для скарнового месторождения Лашкесан.

Приведем простейшие примеры типо-морфизма: 1) корунд АЬОз типичен для пород, обедненных кремнием, он не встре­чается вместе с кварцем (так как воз­можна реакция типа А^Оз + ЭЮг = А^ЭЮб с образованием вместо них сил­лиманита); 2) железистость сфалерита (2п, Ре) Б убывает по мере понижения тем­пературы его образования, одновременно изменяются и другие свойства минерала; 3) морфология кристаллов флюорита и кальцита нередко закономерно меняется с температурой и степенью пересыщения растворов (рис

95-97); 4) черные (желе­зистые) кристаллы турмалина типичны для керамических и слюдяных гранит­ных пегматитов, розовые (марганцовис­тые)—для сподуменовых пегматитов.

Типоморфные особенности минералов можно использовать для установления генезиса минералов и как поисковые признаки при геолого-разведочных ра­ботах.