Высокотемпературные гидротермальные месторождения

Месторождения в калишпатовых метасоматитах связаны с интрузиями щелочных гранитов, граносиенитов и сиенитов в складчатых поясах и древних щитах. Рудоносные метасоматиты состоят из кварца, ортоклаза, адуляра, доломита, анкерита, пирита. В них сосредоточены крупные месторождения золота и урана (нередко комплексные золото-урановые). Примером являются многочисленные месторождения Алданского щита. Морфология рудных тел – штокверки и жильные зоны. Реже встречаются месторождения вольфрама (шеелитоносные гумбеиты Южного Урала).

Особый тип высокотемпературных гидротермальных месторождений – золоторудные жилы и жильные зоны турмалин-кварцевого состава. Нередко их рассматривают как представителей золото-редкометальной рудной формации, поскольку в этих месторождениях всегда присутствуют повышенные концентрации висмута, часто олова, молибдена, вольфрама. Минеральный состав месторождений: рудные – арсенопирит, лёллингит, пирротин, пирит, сульфиды и самородные формы висмута, касситерит, шеелит, вольфрамит, молибденит, самородное золото, электрум; жильные – кварц, в том числе темный, морионовидный, турмалин, мусковит. Околорудные метасоматиты по составу и облику сходны с грейзенами. Месторождения локализованы в эндо- и экзоконтактах гранитов и гранодиоритов на участках их внедрения в сульфидизированные терригенные и вулканогенно-терригенные породы в зонах разломов. Пример крупного месторождения такого типа – Дарасун в Забайкалье.

К высокотемпературным относятся также необычные гидротермальные месторождения железа крупного масштаба в Ангаро-Илимском районе (юго-западное обрамление Тунгусской синеклизы Сибирской платформы), локализованные в разломах и трубках взрыва, секущих траппы. Магнезиальный магнетит цементирует брекчии, образуя руды со средним содержанием железа 36-42 %. Нерудные минералы (хлорит, карбонат, а также пироксен, гранат, форстерит, шпинель, скаполит, боросиликаты) придают месторождениям (Коршуновское и др.) сходство со скарнами. Запасы месторождений – до 1,5 млрд. т. В качестве источника железа рассматриваются сами базальты и диабазы траппов.

Среднетемпературные гидротермальные месторождения

К этому классу относятся весьма многочисленные месторождения очень многих металлов – цветных (меди, цинка, свинца), благородных (золота и серебра), редких (молибдена, олова, вольфрама, никеля, висмута, кобальта, ртути, сурьмы и др.), а также урана, мышьяка, плавикового шпата (флюорита). Месторождения присущи и древним щитам, и чехлам активизированных платформ, и подвижным складчатым поясам (эвгеосинклиналям и миогеосинклиналям).

Среднетемпературные месторождения обычно дистанцированы от крупных гранитных массивов (удаление по вертикали и горизонтали – 3-4 км и более, нередки месторождения в амагматичных районах). Их положение контролируется разломами на их пересечениях с зонами поперечных и диагональных нарушений. Структурная позиция определила непременную особенность месторождений – их расположение в динамометаморфизованных породах (рассланцованных, брекчированных, катаклазированных, милонитизированных).

Вмещают среднетемпературные месторождения терригенные, вулканогенные, карбонатные, кремнистые, метаморфические породы, а также массивы ультрабазитов. Часто вмещающими породами являются штоки и дайки различного состава (от габбро-диабазов до гранитов и риолитов).

Типичные околожильные породы среднетемпературных месторождений – березиты, листвениты и их переходные разности.

Березиты – светло-серые, зеленовато-белые с искристым блеском мелко-среднезернистые метасоматиты, развиты в алюмосиликатных породах (кислых и средних по составу интрузивах и субвулканитах, песчаниках, алевролитах, гнейсах). Метасоматические минералы березитов – кварц, серицит, анкерит, доломит, хлорит, графит, пирит и другие сульфиды, иногда с незначительной примесью турмалина, эпидота. Часто сохраняется текстура и структура исходных пород (псаммитовая, слоистая, порфировая, сланцеватая и др.)

Листвениты – серо-зеленые, ярко-зеленые средне- и крупнозернистые породы, нередко полосчатого и пятнисто-брекчиевого сложения, развиты в карбонатах, базальтах, габброидах, ультрабазитах, некоторых глинистых сланцах, обогащенных пирокластикой базальтового состава. Их состав: кварц, хлорит, железо-магнезиальные карбонаты, тальк, эпидот, альбит, роговая обманка, хромистая слюда (фуксит), пирит и другие сульфиды.

Мощность зон околорудных изменений – от десятков сантиметров до первых сотен метров. Мощность околорудных изменений определяется интенсивностью дорудного и синрудного дробления пород и самого рудного процесса.

Месторождения сформированы в несколько стадий. Типично наличие рудных столбов и гнезд. Нередко сочетание в пределах одного месторождения оруденения разных минеральных и даже формационных типов, иначе говоря, месторождения (особенно крупные) являются полигенными и полихронными.

Среднетемпературные месторождения обладают весьма разнообразным составом сульфидной минерализации (пирит, пирротин, арсенопирит, халькопирит, галенит, сфалерит, блеклые руды, антимонит, пентландит, киноварь, молибденит, станнин, кобальтин, никелин, минералы серебра, висмута и др.). Из оксидов характерны касситерит и гематит, из самородных металлов – золото, серебро, реже медь, железо, цинк и др. Весьма разнообразна минералогия урана (сульфиды, окислы, комплексные катионы и анионы). Рудные тела – жилы, трубы, ленты, линзы, прожилково-вкрапленные зоны, штокверки, стратиформные залежи, мегаштокверки.

В дайках гранит-порфиров, секущих ультрабазиты и базиты, расположены золотосульфидно-кварцевые рудные тела Березовского месторождения на Урале. Примером золотого оруденения в кварцевых жилах, локализованных в интрузивных базитах, является месторождение Кэпервеем на Чукотке. В вулканогенных поясах известны золото-сульфидные месторождения, где главным концентратором золота являются пирит и другие сульфиды, пропитывающие хлоритизированную, карбонатизированную породу с незначительным окварцеванием (обычно базальты, либо кремнистые туфы). Пример - Миндяк и Муртыкты в Башкирии.

Крупные месторождения золота в высокометаморфизованных докембрийских породах древних щитов (Колар в Индии, Морроу-Велью в Бразилии, Поркьюпайн в Канаде, Калгурли в Австралии и др.) образовались в зонах диафтореза (регрессивного метаморфизма) в гнейсах и кристаллических сланцах. По составу регрессивно-метаморфические минералы околорудных пород (кварц, хлорит, карбонаты, слюды, графит, актинолит и др.) принципиально не отличаются от таковых в среднетемпературных месторождениях в фанерозойских толщах складчатых поясов, сходны и наборы рудных минералов.

С зонами постмагматического среднетемпературного метасоматоза березитового типа связаны золото-сульфидно-кварцевые жилы, наложенные на гранитные массивы (Кочкарское на Урале, Школьное на Колыме, Якутское на Индигирке).

К среднетемпературным месторождениям, не связанным напрямую с гранитами, относятся крупнейшие гидротермально-метасоматические сульфидно-кварцевые месторождения золота в терригенных породах на пассивных окраинах палеоконтинентов - миогесинклиналях (Мурунтау в Узбекистане, Сухой Лог в Восточной Сибири, Наталкинское на Колыме, Олимпиада на Енисейском кряже и др.). Состав их рудных минералов – золотосодержащие сульфиды - пирит, пирротин, арсенопирит, реже галенит, сфалерит, халькопирит, марказит, местами также шеелит, тонкое самородное золото; нерудные – кварц (часто главный концентратор золота), серицит, хлорит, железо-магнезиальные карбонаты, графит, биотит, иногда альбит и ортоклаз. Они связаны с «термальными куполами» - биотитсодержащими минеральными зонами в терригенных толщах.

Для дополнительного чтения приведем пример гигантского месторождения – мегаштокверка Мурунтау в Узбекистане (суммарные достоверные запасы золота до 4 тыс. т). Оно является главным объектом уникального Центрально-Кызылкумского золоторудного узла (отроги хребта Тянь-Шань) с общими запасами золота более 5 тыс. т. Рудоносными являются складчатые деформации раннепалеозойских терригенных отложений. Все запасы локализованы в преимущественно песчаниковых отложениях бесапанской свиты флишоидного облика (грубое переслаивание песчаников, алевролитов, глинистых сланцев олистостромового облика), насыщенной сингенетическим и эпигенетическим пиритом и являющейся ярко выраженной рудоматеринской толщей. Все породы метаморфизованы в зеленосланцевой фации. Фоновые преобразования пород представлены серицит-хлоритовым, серицит-хлорит-карбонат-кварцевым метаморфическим парагенезисом, на который наложены биотитовые купола, связанные с глубоко залегающими интрузиями гранитов (глубина 4 км). Сближенное развитие северо-западных левых сдвигов и надвигов и северо-восточных правых сдвигов создает тектонические мегалинзы, в которых породы подверглись объемному рассланцеванию. Промышленное оруденение Мурунтау приурочено к ореолу калишпат-альбит-биотит-кварцевых метасоматитов шириной более 2 км, до 40 % объема которых являются золотой рудой того или иного качества. 48 % золота связано с зонами субсогласного со слоистостью прожилкового окварцевания пород, 28 % золота находится непосредственно в полосчатых и массивных биотит-полевошпат-кварцевых метасоматитах, 8,6 % - в относительно мощных (более 0,4 м) кварцевых жилах, 4 % - в прожилках кварц-сульфидного состава, 11,4 % - в слабо окварцованных алевролитах, внешне не отличимых от пустых пород. Характерны рудные столбы, вмещающие 70 % запасов, хотя их объем – 30 % от месторождения. Усредненное содержание золота по месторождению в целом около 3 г/т, золото в основном мелкое 0,1-0,2 мм и мельче. В отдельных жилах (со следами древних разработок) наблюдалось богатое и крупное (1-3 мм) золото. Основные минералы- спутники золота (в порядке убывания) – пирит, арсенопирит, пирротин, марказит, сфалерит, халькопирит, шеелит, молибденит, монацит. Их суммарное количество не превышает 1-2 %. Месторождение выделяется очень крупной геохимической аномалией золота, мышьяка с подчиненной ролью меди, цинка, серебра, вольфрама, урана, тория, редких земель, молибдена. Содержание углерода во вмещающих породах 0,17 %, в руде – 0,05 %.

Также не обнаруживают тесной связи с поверхностными выходами гранитов крупнейшие месторождения олова турмалин-хлоритового минерального типа (касситерит-силикатная формация в Восточной Якутии). В жилах и прожилках кварц-турмалин-хлоритового состава, локализованных в биотитизированных юрских песчаниках, касситерит ассоциирует с сульфидами меди, цинка, свинца, серебра.

В роговиках и гранитных штоках Северного Кавказа, Алтая, Якутии известны богатые по содержанию металлов жильные серебро-свинцово-цинковые (иногда с оловом) месторождения (Садонское и др.).

Особый структурно-морфологический тип среднетемпературных гидротермальных месторождений меди, молибдена, реже золота – порфировый. Он развит на древних и современных островных дугах, активных континентальных окраинах в умеренно кислых интрузиях – диоритах, сиенитах, монцонитах и их переходных к гранитам разностях, реже в чистых гранитах и их субвулканических аналогах. В данном случае рудой является сама интрузивная порода, в которой плагиоклазы, калишпаты замещены кварцем, серицитом, биотитом, альбитом, хлоритом. Замещение исходных интрузивов обычно зональное, со сменой к центру рудного тела хлорит-биотитовой минеральной зоны серицит-кварцевой, вплоть до монокварцевой. Сульфиды меди, молибдена, иногда обоих металлов в ассоциации с пиритом, халькопиритом, галенитом и другими сульфидами замещают вкрапленники биотита, прожилки кварца, хлорита и других силикатов. Вмещающие породы рудоносных интрузий – вулканогенные, терригенные, обычно несут заметную примесь сульфидов, в том числе рудных.

Порфировые месторождения нередко имеют крупный и гигантский масштаб, это главный источник в мире меди (Чукикамата в Чили, Бьютт в США, Грассберг в Индонезии, Алмалык в Узбекистане). Вместе с медью, благодаря громадным объемам добычи руды, они дают весьма значительное количество попутного золота, несмотря на низкое содержание 0,2-0,9 г/т (рудник Грассберг ежегодно дает 100 т золота). В молибден-порфировых месторождениях Клаймакс и Гендерсон в США сосредоточена половина мировых запасов этого металла.

Площади выходов рудных тел наиболее крупных меднопорфировых месторождений составляют десятки квадратных километров, разрабатываются они гигантскими карьерами. Запасы меди в них составляют сотни миллионов тонн. При разработке меднопорфировых месторождений Северной и Южной Америки установлена приуроченность наиболее богатых скоплений руды к зонам объемной трещиноватости (цилиндрические просадки внутри интрузии с обрушением и брекчированием пород, подвергшиеся сильному метасоматозу и минерализации). Обрушение, дробление и раздавливание пород связано с перераспределением вещества в интрузии, создающим области разуплотнения в её нижних горизонтах. Гравитационная и физико-химическая неустойчивость интрузии приводит к оседанию и разрушению плотных пород её верхней части. Этот процесс обеспечивает длительную миграцию катионов металлов и силикатно-кварцевых анионов в агрессивных растворах и проработку больших объемов пород.

Золото-порфировые месторождения имеют сходный состав силикатных и рудных минералов. Они недавно выделены в самостоятельный промышленный тип и в целом недостаточно изучены. Примеры крупных месторождений – Джуно и Тредвэлл на Аляске, где рудными телами являются динамометаморфизованные зоне разлома дайки и штоки кварцевых диоритов и монцонитов с прожилками и порфиробластами кварца, альбита, хлорита, карбоната, замещенными сульфидами. Содержание золота в руде низкое 1-3 г/т, но добыча выгодно ведется уже более 100 лет из-за удобства открытой разработки, количество добытого золота – более 200 т.

Применительно к генезису порфировых месторождений разработаны многочисленные сложные схемы образования. Все они наталкиваются на уже упомянутую в данной лекции низкую растворимость сульфидов меди и других металлов в воде. Существуют расчеты, показывающие, что для образования среднего по масштабу меднопорфирового месторождения необходим «океан воды». Для объяснения этого парадокса привлекается гипотеза рециклинга – многократного цикличного прохождения ограниченного объема гидротерм через систему интрузия – вмещающая порода. Эта гипотеза также наталкивается на ряд серьезных возражений. Вместе с тем, если рассматривать систему интрузия-вмещающие породы, как природный электрический генератор (о чем мы уже говорили), то не требуется никаких гипотетических «насосов», многократно «гоняющих» растворы по кругу. Ионы металлов, легко выщелачиваемые из расплава и трещиноватых вмещающих пород и приводимые в движение под воздействием электрического поля, обладают высокой способностью к миграции по силовым линиям в растворе-электролите – эффективном проводнике второго рода. При этом сама проводящая среда (растворы в порах, трещинах, межзерновых пространствах пород) остается неподвижной, подобно рабочим электролитам в гальванической ванне.

В кровле фундаментов и чехлах активизированных древних платформ развиты крупные и гигантские месторождения урана, золота, меди, ванадия типа «структурных несогласий». Они приурочены к межформационным зонам дробления, наложенным грабенам, трубкам взрыва. Судя по составу рудных и жильных минералов, они образованы в несколько стадий, нередко с большим отрывом во времени, в среднем диапазоне температур (200-350 градусов). Рудные минералы – пирит, гематит, сульфиды меди и никеля, минералы урана, самородное золото, жильные – кварц, анкерит, доломит, слюды, альбит, хлорит, ортоклаз. Примеры месторождений: уран-золото-медное Олимпик-Дэм в Австралии, урановое Сигар-Лэйк в Канаде, золота -Таборное и Лебединое в Южной Якутии и др. Энергетическим очагом оруденения являются интрузии щелочных пород, субвулканические тела, трубки взрыва, тепловые потоки по разломам.

Экзотическим типом среднетемпературных (возможно, средне-низкотемпературных) месторождений являются объекты пятиметальной рудной формации с необычным набором фемических и литофильных элементов (кобальт, никель, серебро, висмут и уран). Они приурочены к срединным массивам складчатых поясов (Богемский массив на границе Чехии и Германии, район Бол. Медвежьего озера в Канаде). Геологической особенностью районов расположения месторождений (Яхимов в Чехии, Радиум-Хилл в Канаде) является наложение многофазных гранитов на метаморфизованные вулканогенно-терригенные отложения, обогащенные сульфидами. Можно полагать широкое развитие здесь регенерации разновозрастного оруденения разных типов и металлов, контролируемого разнонаправленными разрывами, с наложением в итоге наиболее позднего богатого оруденения на предшествующие этапы минерализации с образованием комплексных руд.

Как правило, в гидротермальных месторождениях главным минеральным компонентом руд является кварц при заметной роли силикатов (хлорит, слюды, полевые шпаты, турмалин и др.), карбонатов, иногда графита. Сульфиды и другие рудные минералы занимают обычно от 1-2 % до 10-15 %. Реже встречаются рудные тела (обычно сравнительно небольшие жилы, линзы, трубы), значительную часть объема которых слагают сульфиды (антимонит, галенит, сфалерит, арсенопирит, пирит и др.) вплоть до образования сплошных руд. Пример – золото-антимонитовое месторождение Сарылах в Якутии.

На примере этого объекта можно показать сложную историю формирования гидротермального месторождения. На первой стадии образовалась мощная зона березитов по брекчированным песчаникам на их тектоническом контакте с пиритизированными алевролитами. Березиты состоят из кварца с подчиненным количеством серицита, парагонита (натриевая слюда), анкерита, доломита, хлорита, ничтожным – турмалина, эпидота, рассечены сульфидно-кварцевыми прожилками, содержат вкрапленность пирита, игольчатого арсенопирита, антимонита и являются прожилково-вкрапленными рудами золота (4-10 г/т, местами до 30 г/т) с повышенным содержанием мышьяка (до 1-2 %) и низким – сурьмы (до 1 %). По милонитам обновленного тектонического шва на границе березитовой зоны развит жильный золотосодержащий кварц, в свою очередь замещенный антимонитовыми линзами, прожилками, гнездами. В раздувах мощности зоны дробления образовались рудные столбы, почти нацело сложенные тонкозернистым («чугунным») антимонитом с очень высоким содержанием золота, практически без мышьяка. Среднее содержание сурьмы в богатой рудной зоне – 20-25 %, в рудных столбах – до 60-65 %, золота –20 г/т, в рудных столбах – до 1 кг/т. По структурным признакам антимонита можно утверждать, что он сформирован в условиях высокого давления и представляет собой рудный милонит. В качестве источника сурьмы предполагаются местные пиритизированные терригенные породы, в которых кларк концентрации этого металла равен 100.