5.1. Магматические месторождения

Магматические месторождения формируются в процессе дифференциации металлоносной магмы непосредственно из расплава ультраосновного или основного состава. При остывании такого расплава накопление минерального вещества происходит тремя способами, в результате этого формируются три класса месторождений: ликвационные, раннемагматические и позднемагматические.

Обособление ликвационных магматических месторождений происходит в результате раздельной кристаллизации двух несмешивающихся составляющих (рудной и силикатной), образующихся вследствие охлаждения и распада магмы рудно-силикатного состава. Толчком для ликвации силикатного и сульфидного расплава является нарушение химического равновесия.

Наиболее характерными ликвационными магматическими образованиями являются сульфидные медно-никелевые месторождения в ультраосновных и основных породах. К ним относятся: Норильская группа (Красноярский край), Монча-Тундра и Печенга (Кольский полуостров), Садбери (Канада), Калгурли (Австралия) и др. Наиболее значительные месторождения этого класса размещены на древних докембрийских платформах и обусловлены тектоно-магматической активизацией.

Минеральный состав магматических сульфидных медно-никелевых руд выдержан для всего мира. Главными минералами руд являются пирротин, пентландит, халькопирит, магнетит. Характерные текстуры руд – массивная, полосчатая, брекчиевая, прожилково-вкрапленная, и вкрапленная. Типичные структуры – зернистая и порфировая с явными следами распада твердых растворов.

Ликвационные месторождения характерны для сульфидных медно-никелевых руд. Рудоносными являются расслоенные массивы габбро-диабазового состава, характерные для палеозойского и докембрийского чехла древних платформ и щитов. Изредка рудные тела выходят за пределы материнских массивов.

В магматическом расплаве с температурой более 1500 металлы находятся в виде растворенных жидких сульфидов. При снижении температуры их растворимость падает, и сульфиды начинают выделяться в виде рассеянных мелких жидких капель.

При снижении температуры до 1170 начинается кристаллизация силикатов, а сульфиды остаются жидкими. Они накапливаются в жидком расплаве, обогащенном ионами ОН^- и Н⁺, постепенно преращаемыми в водяной пар, растворенный в сульфидном растворе. Из этого раствора кристаллизуются сульфиды в порядке: пирротин, пентландит, халькопирит.

Сульфиды железа, никеля и меди содержат также кобальт, платину и платиноиды, в меньшей степени золото и серебро. Обычно богатые сульфидные залежи тяготеют к подошве интрузии, сложенной породами наиболее основного состава, где они накапливаются под воздействием гравитации. Характерна поперечная зональность богатых залежей. Верхний горизонт обычно имеет пирротиновый состав, средний – пентландитовый, нижний – халькопиритовый.

Иногда остаточный рудный расплав выжимается в трещины наложенных разрывов, секущих застывшую или полузастывшую интрузию, тогда он в виде иньекций мигрирует во вмещающие породы.

Крупнейшие в мире месторождения ликвационного типа– Норильские (Талнах и др.). Крупными также являются Сэдбэри в Канаде, Мончетундра на Кольском полуострове.

На примере норильских месторождений можно показать взаимосвязь оруденения, интрузий и вмещающих осадочных пород. Из множества интрузий габбро-диабазов рудоносны те, которые прорывают на своем пути соленосные горизонты, содержащие бораты. Из залежей гипсов магмой заимствуется сера, из каменных солей – бор. В результате околорудные породы месторождений норильской группы насыщены силикатами бора – летучего элемента. Его присутствие увеличивает растворимость и подвижность сульфидных расплавов и обеспечивает уникальное богатство данных месторождений.

Недавно в Норильском районе открыты так называемые малосульфидные рудопроявления платины, приуроченные к маломощным интрузиям с убого вкрапленной минерализацией сульфидов. Возможно, они имеют широкое распространение в согласных интрузиях - силлах базальт-диабазовой трапповой формации на Сибирской платформе, и этим объясняются многочисленные русловые россыпи платины в бассейне р. Вилюй и других левых притоков Лены.

Характерной особенностью ликвационных месторождений является то, что они образуются только в интрузивной фации пород базальтового состава. Вулканические покровы того же состава безрудны, возможно, из-за быстрой дегазации расплава на поверхности, что не обеспечивает концентрации металлов в магматическом теле.

Нетрудно заметить, что по способу образовния ликвационные месторождения весьма сходны с позднемагматическими и фактически представляют собой особый «сульфидно-никелевый» вариант последних.

Месторождения раннемагматического класса формируются в результате обособления металлов в составе минералов ранней кристаллизации, сконцентрировавшихся в силикатной магме еще до полного отвердения оставшейся части расплава.

В раннемагматических месторождениях рудные минералы кристаллизуются ранее или одновременно с образованием породообразующих силикатных минералов. Важнейшими процессами обособления рудных минералов являются кристаллизация и гравитация. Например, в дунит-перидотитовых массивах характерно скопление хромита с удельным весом 5 г/см³, в то время как вмещающие породы имеют вес 3,0-3,4 г/см³. Тяжелые рудные минералы погружаются в расплаве и накапливаются на определенных уровнях магматического резервуара. Возникают рассеянные вкрапленники, шлиры (гнезда) бедных руд. Если возникают условия для действия конвективных потоков, то они захватывают рассеянные рудные агрегаты, переносят и иногда формируют пласты богатых руд (пример - хромиты, титаномагнетиты, никель-медные руды и платина м-ия Бушфельд в ЮАР). Названное месторождение приурочено к гигантской расслоенной интрузии площадью 480х250 км. В её основании лежат монооливиновые (дуниты), монопироксеновые (бронзититы) и моноплагиоклазовые (анортозиты) породы. Среди них залегает серия пластов богатых платиноносных хромитовых руд мощностью от сантиметров до 1 м, прослеживаемые на десятки километров. Среднее содержание Cr₂O₃ в них 43 %. В верхах расслоенной пачки ультрабазитов, на контакте с габбро, залегают также платиноносные медно-никелевые сульфидные руды, а в расслоенных габбро и норитах – титаномагнетитовые руды. Верх разреза интрузии слагают гранитоиды, в которых обнаружено олово-вольфрамовое оруденение.

Примеры крупных раннемагматических месторождений титаномагнетитовых и ванадий-титано-магнетитовых руд в пироксенит-габброидных массивах Урала – Качканар (крупнейшее в мире), Кусинское, Копанское, Первоуральское. Руды в Качканарском месторождении вкрапленные, содержание железа всего 16 %, но его бедность компенсируется огромными параметрами рудной залежи, позволяющими развернуть производительную технику в карьере, и высоким содержанием ванадия – до 1 %. В Кусинском и Копанском месторождениях произошла перегруппировка сегрегаций магнетита и ильменита в пласты мощностью порядка 3 м.

К этой группе принадлежат зоны вкрапленников и шлирообразные скопления хромитов в перидотитах содержащих платину и алмазы. К ним также принадлежат аналогичные титаномагнетитовые оруденения в габброидах и месторождения рассеянных чешуек графита в щелочных породах. В расслоенных массивах щелочного-ультраосновного состава накапливаются горизонты апатита, а также лопарита – минерала редких земель.

Месторождения этого класса имеют рассредоточенный характер оруденения и убогое содержание ценных компонентов и в связи с этим не представляют промышленного интереса. Единственными ценными объектами среди раннемагматических месторождений являются коренные месторождения алмазов.

К раннемагматическим относят также месторождения алмазов в особых породах – кимберлитах и лампроитах, прорывающих кристаллические щиты и чехлы древних платформ. Кимберлиты представляют собой высокомагнезиальную оливин-флогопит-хромдиопсид-пироповую породу со вторичными серпентином, карбонатами и цоизитом, акцессорные минералы – алмаз, ильменит, хромит, апатит, перовскит, барит, магнетит, гематит, сульфиды никеля, циркон, минералы редких земель. Большинство алмазоносных кимберлитов – среднепалеозойские (Якутия, Архангельская область), или верхнемеловые-палеогеновые (Южная Африка). Лампроиты – высококалиевые ультраосновные породы жерловой фации вулканов мезокайнозойского возраста (Австралия). Они отчасти сходны с кимберлитами по составу минералов, отличаясь наличием щелочных роговых обманок, калиевого полевого шпата. И те и другие – результат глубинных взрывных процессов в мантии, с выбросом расплавленных продуктов в вихревом потоке раскаленных газов.

Месторождения алмазов генетически связаны с кимберлитовыми породами и локализованы в пределах древних платформ: Сибирской, Африканской. Индийской, Австралийской, Северо-Американской.

Алмазоносные кимберлиты выполняют крутопадающие цилиндрические или овальные полости, образуя трубообразные тела. Петрографически кимберлит представляет собой ультраосновную породу порфировой структуры. На земном шаре выявлено 1600 кимберлитовых трубок, из них только 1-3% трубок имеют промышленное содержание алмазов.

Среди кимберлитовых трубок известны очень крупные аналоги с запасами алмазов в десятки миллионов карат. Среднее содержание алмазов в кимберлитах обычно не превышает от 0,5 карата на 1м³ породы.

Позднемагматические месторождения образуются вследствие кристаллизации при более низких температурах металлов и их окислов из силикатных магм, содержащих повышенное количество летучих соединений, после затвердевания главной массы породообразующих силикатов из отстаточных расплавов. Позднемагматические месторождения образуются в завершающий этап кристаллизации магмы. Рудные минералы выделяются между затвердевшими силикатами (сингенетичные руды) или в остаточных рудных расплавах (инъекционные руды).

В сингенетичных рудах рудные минералы в виде полос, шлиров, вкрапленности цементируют межзерновые пространства силикатных минералов, образуя горизонты бедных руд – магнетитовых и др. Часто пласты магнетита ассоциируют с сульфидами - халькопиритом, пиритом, а также апатитом и платиной (Волковское м-ие, рудопроявление Барон).

Инъекционные руды кристаллизуются из обогащенных газами, водой, серой, металлами легко подвижных остаточных расплавов, частично покидающих материнскую интрузию. К ним относятся наиболее богатые руды хромитового, апатит-магнетитового, апатит-нефелинового состава. Рудные тела тяготеют к кровле массивов, выходят за их пределы, заполняют трещины в интрузивных породах.

Наиболее подвижны расплавы сульфидов. Они проникают в тончайшие микротрещины, раздвигают их стенки и превращают в более широкие каналы. По мере слияния каналов в единую структуру возникают зоны сплошных руд.

Примеры позднемагматических месторождений - апатит-магнетитовое Кируна (Швеция), хромитовые Кемпирсай (Казахстан), Даг-Арди (Турция).

Таким образом, отличия ранне- и позднемагматических месторождений, имеющих сходство породо- и рудообразующих процессов и состава руд, заключаются в том, что в первых рудные минералы образуются до или одновременно с породообразующими, а во вторых – после породообразующих.

Позднемагматические месторождения генетически связаны с тремя формациями глубинных магматических пород. С породами перидотитовой формации ранней стадии геосинклинального режима ассоциированы магматические месторождения хромитов и платиноидов. С породами габбро-пироксен-дунитовой формации связаны магматические месторождения титатомагнетитов. Со щелочными породами, внедрившимися на древних платформах, связаны месторождения апатит-магнетитов, апатит-нефелинов, резких земель.

Месторождения хромитов располагаются внутри массивов ультраосновных пород. Хромитовые залежи сосредоточены в основном среди дунитов и имеют формы жил, линз, труб, гнезд, и полос массивных и вкрапленных руд. Среди текстур хромитовых руд преобладают полосчатые, пятнистые, нодулярные, брекчиевые и вкрапленные. Структура мелко- и среднезернистая. Руда сложена хромшпинелидами в ассоциации с породообразующими минералами.

Месторождения платиноидов. В группу платины входят шесть металлов: платина, иридий, осмий, палладий, родий и рутений. В природе они находятся в самородном виде, реже в комплексных соединениях в виде арсенидов и сульфидов. Отмечается закономерное расположение скоплений металлов платиновой группы в гипербазитах разного состава. При этом, формирование платины и палладия связано с дунитами, а осмия и иридия – с ультраосновными породами перидотитовой формации.

Примером крупного, хотя и считающегося непромышленным, месторождения платины является Соловьева гора на Урале. В крупном массиве дунитов рассеяны линзы и гнезда хромитов, содержащих вкрапленность разнообразных минералов платины, вплоть до образовния крупных самородков. Интересной петрологической особенностью массива является наличие в дунитах пустот, заполненных водородом и метаном. С массивом связаны россыпи, давшие многие десятки тонн платины. Ранее рудные гнезда и линзы в массиве были объектом старательской отработки, но сейчас такая выборочная отработка рассматривается как нерентабельная. Среднее содержание платины в минерализованных дунитах порядка 0,6 г/т, считается слишком низким для отработки на массу. Возможно в близком будущем, в связи с устойчивым ростом цены на платину, достигших уровня 35-40 $/г и более, будет возможна сплошная отработка платины в массиве.

Месторождения титаномагнетитов залегают в дифференцированных массивах основных пород. Они известны на Урале (Качканарское, Кусинское), на Кольском полуострове и в Карелии, в Забайкалье, в Горной Шории, ЮАР (Бушвельд), США (Лабрадор, Квебек) и т.д.

По форме рудных тел среди титаномагнетитовых месторождений выделяются жилы, линзы, гнезда, а также вкрапленники шлирообразной, лентовидной и неправильной формы. Минеральный состав титаномагнетитовых руд характеризуется тремя главными минералами: рутилом, ильменитом и титаномагнетитом. Текстура руд обычно массивная, полосчатая, пятнистая и вкрапленная. Среди титаномагнетитовых известны очень крупные месторождения с запасами руды в миллиарды тонн.

Апатит-магнетитовые месторождения связаны с породами сиенитовой магмы. Выдающимся является рудное поле Кирунавара в Северной Швеции. Рудные тела имеют жилообразную и линзообразную форму и приурочены к контакту щелочных гипабиссальных пород. Запасы руд крупных месторождений достигают первых миллиардов тонн.

Апатитовые месторождения. Уникальным является Хибинский массив щелочных пород Кольского полуострова с апатит-нефелиновыми залежами. Залежи апатита имеют линзообразную форму. Минеральный состав руды представлен апатитом, нефелином, эгирином. Текстура руд имеет зональный характер и представлена пятнистыми, полосчатыми, сетчатыми разновидностями. Запасы апатит-нефелиновой минеральной массы Хибин измеряются сотнями миллионов тонн.